碳化鎢基硬質(zhì)合金以及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域，特別涉及一種碳化鎢基硬質(zhì)合金。本發(fā)明還涉及這種碳化 鎢硬質(zhì)合金的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳化鎢（即，WC)基硬質(zhì)合金作為一種耐磨材料，具有高硬度、高韌性、高彈性模 量、耐磨損和耐腐蝕等優(yōu)異性能，廣泛應用于切削工具、礦用工具和耐磨耐蝕部件等領(lǐng)域。
[0003] 在這種硬質(zhì)合金的使用過程中，普遍關(guān)注的是其耐磨性和韌性。一方面，通過采用 硬質(zhì)合金中WC晶粒細化技術(shù)，使得WC的晶粒度不斷減小，從而進一步提高了硬質(zhì)合金的耐 磨性；另一方面，通過WC晶粒粗化技術(shù)，使WC的晶粒度不斷增大，從而進一步提高了硬質(zhì)合 金的韌性。硬質(zhì)合金的超細化和超粗化技術(shù)已經(jīng)取得了極大的成功，并且在一定程度上提 尚了硬質(zhì)合金廣品的使用壽命。
[0004] 隨著，碳化鎢基硬質(zhì)合金的使用范圍越來越廣泛，對其耐磨性和韌性的要求也越 來越高。然而，上述方法卻難以進一步提高碳化鎢基硬質(zhì)合金的耐磨性和韌性，這是由于隨 著WC晶粒的進一步細化，硬質(zhì)合金的耐磨性在提高的同時，韌性顯著降低；反之隨著WC晶 粒的進一步粗化，硬質(zhì)合金的韌性增加，但其耐磨性顯著下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述問題，本發(fā)明提出了一種碳化鎢基硬質(zhì)合金。根據(jù)本發(fā)明的碳化鎢基硬 質(zhì)合金具有非常好的耐磨性和非常好的韌性。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出了一種碳化鎢基硬質(zhì)合金，包括含有第一粘結(jié)劑的 碳化鎢基體，在碳化鎢基體中間隔開分布有多個粒徑不同的硬質(zhì)顆粒，硬質(zhì)顆粒的硬度大 于碳化鎢基體的硬度。
[0007] 由于硬質(zhì)顆粒的硬度大于碳化鎢基體的硬度，因此在使用這種碳化鎢硬質(zhì)合金 時，基體被快速磨損而使得硬質(zhì)顆粒凸出到基體的表面之外。而這些硬質(zhì)顆粒的粒徑不同， 使得從微觀上看硬質(zhì)合金的表面與所接觸的材料表面之間為鋸齒狀或波浪狀接觸，使得硬 質(zhì)合金能非常高效地刻劃該材料的表面，由此提高了硬質(zhì)合金的耐磨性。此外，碳化鎢基體 的硬度小于硬質(zhì)顆粒的硬度意味著碳化鎢基體的韌性大于硬質(zhì)顆粒的韌性。這樣，即使實 施刻劃的硬質(zhì)顆粒出現(xiàn)裂紋，這些裂紋也不能穿過碳化鎢基體，而是裂紋擴展的能量被碳 化鎢基體吸收。由此，根據(jù)本發(fā)明的硬質(zhì)合金具有良好的韌性。
[0008] 在一個實施例中，硬質(zhì)顆粒由具有第一粒徑的第一類硬質(zhì)顆粒和具有第二粒徑的 第二類硬質(zhì)顆粒組成，第一粒徑與第二粒徑的比值在1:5到1:7之間。由于第一類硬質(zhì)顆 粒的粒徑小于第二類硬質(zhì)顆粒的粒徑，因此第一類硬質(zhì)顆粒能夠填充在第二類硬質(zhì)顆粒的 間隙之間。由此，在碳化鎢基體內(nèi)鋪滿了硬質(zhì)顆粒，這有助于提高該硬質(zhì)合金的耐磨性。第 一類硬質(zhì)顆粒的硬度大于第二類硬質(zhì)顆粒的硬度。第二類硬質(zhì)顆粒硬度根據(jù)所加工材料的 性能進行選擇，第一類硬質(zhì)顆粒進一步提高碳化鎢基硬質(zhì)合金硬度和耐磨性，同時第一類 硬質(zhì)顆粒粒徑小于第二類硬質(zhì)顆粒粒徑，小粒徑第一類硬質(zhì)顆?？梢蕴畛湓诖罅降牡诙?類硬質(zhì)顆粒的間隙中，有效地提高了材料的堆垛密度。
[0009] 在一個具體的實施例中，第一類硬質(zhì)顆粒包括碳化鎢和第二粘結(jié)劑，第二類硬質(zhì) 顆粒包括碳化鎢和第三粘結(jié)劑，第一粘結(jié)劑在碳化鎢基體中的重量含量大于第二粘結(jié)劑在 第一類硬質(zhì)顆粒中的重量含量，第二粘結(jié)劑在第一類硬質(zhì)顆粒中的重量含量大于第三粘結(jié) 劑在第二類硬質(zhì)顆粒中的重量含量。通過調(diào)節(jié)碳化鎢基體、第一類硬質(zhì)顆粒和第二類硬質(zhì) 顆粒中的粘結(jié)劑的含量和晶粒度的大小，就可以實現(xiàn)碳化鎢基體、第一類硬質(zhì)顆粒和第二 類硬質(zhì)顆粒不同的硬度，這方便精確控制碳化鎢基體、第一類硬質(zhì)顆粒的硬度和第二類硬 質(zhì)顆粒的硬度。
[0010] 例如，第一粘結(jié)劑、第二粘結(jié)劑和第三粘結(jié)劑均為鈷。鈷在碳化鎢基體中的重量 含量在7-40%之間，鈷在第一類硬質(zhì)顆粒中的重量含量在6-13%之間，鈷在第二類硬質(zhì) 顆粒中的重量含量在5-12%之間，優(yōu)選地，鈷在碳化鎢基體中的重量含量在10-30%之間， 鈷在第一類硬質(zhì)顆粒中的重量含量在8-13%之間，鈷在第二類硬質(zhì)顆粒中的重量含量在 5-10%之間。這樣，第一類硬質(zhì)顆粒的粒徑遠小于第一類硬質(zhì)顆粒的粒徑，并且第一類硬質(zhì) 顆粒的鈷含量略微大于第二類硬質(zhì)顆粒的鈷含量。這使得第一類硬質(zhì)顆粒的硬度大于第二 類硬質(zhì)顆粒的硬度。優(yōu)選地，以洛氏硬度計，第一類硬質(zhì)顆粒的硬度和第二類硬質(zhì)顆粒的 硬度的差在1到3之間，第二類硬質(zhì)顆粒的硬度與碳化鎢基體的硬度的差在2到10之間。
[0011] 從整體來看，以重量計，碳化鎢基硬質(zhì)合金包括5-20 %的鈷和80-95%的碳化鎢， 余量為不可避免的雜質(zhì)。鈷在碳化鎢中的分布不同，因而形成了含有較高量的鈷的碳化鎢 基體，含有較低量的鈷和碳化鎢的第二類硬質(zhì)顆粒，和含有最低量的鈷和碳化鎢的第一類 硬質(zhì)顆粒。由此，碳化鎢基體、第一類硬質(zhì)顆粒、第二類硬質(zhì)顆粒的原材料相同，僅成分的含 量不同。這簡化了制備這種碳化鎢基硬質(zhì)合金的配料過程。此外，由于原材料相同，第一類 硬質(zhì)顆粒、第二類硬質(zhì)顆粒與基體的界面錯配度也較低，這有助于提高該硬質(zhì)合金的韌性 和耐磨性。
[0012] 在一個優(yōu)選的實施例中，碳化鎢基體的重量含量為10-30%之間，第一類硬質(zhì)顆粒 的重量含量為18-24%之間，第二類硬質(zhì)顆粒的重量含量為52-66%之間。例如，碳化鎢基 體的重量含量為20%，第一類硬質(zhì)顆粒的重量含量為21 %，第二類硬質(zhì)顆粒的重量含量為 59%。兩種顆粒粒徑不同，小顆粒填充大顆粒間隙，有利于提高填充密度；兩種顆粒硬度不 同，磨損速度不同，有利于保持工作面鋒利。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提出了制備根據(jù)上文所述的碳化鎢基硬質(zhì)合金的方法， 第一粘結(jié)劑為鈷，硬質(zhì)顆粒由具有第一硬度和第一粒徑的第一類硬質(zhì)顆粒和具有第二硬度 和第二粒徑的第二類硬質(zhì)顆粒組成，所述方法包括，將碳化鎢粉體與鈷均勻混合，并制備成 第一類顆粒，將碳化鎢粉體與鈷均勻混合，并制備成第二類顆粒，將碳化鎢粉體與鈷均勻混 合，并制備成基體漿料，使第一類顆粒的表面和第二類顆粒的表面都攜帶一層基體漿料而 形成單元體團粒，將多個單元體團粒進行熱壓燒結(jié)，而得到碳化媽基硬質(zhì)合金，第一類顆粒 的表面和第二類顆粒的表面上的基體漿料形成碳化鎢基硬質(zhì)合金的基體，第一類顆粒形成 第一類硬質(zhì)顆粒，第二類顆粒形成第二類硬質(zhì)顆粒，其中，第一類硬質(zhì)顆粒中鈷的重量含量 大于第二類硬質(zhì)顆粒中鈷的含量，第二類硬質(zhì)顆粒中鈷的重量含量小于基體漿料中鈷的重 量含量。
[0014] 在一個實施例中，第一類硬質(zhì)顆粒的粒徑小于第二類硬質(zhì)顆粒的粒徑。根據(jù)這種 方法，由于第一類硬質(zhì)顆粒的粒徑小于第二類硬質(zhì)顆粒的粒徑，因此由第一類硬質(zhì)顆粒形 成的單元團粒的粒徑也小于由第二類硬質(zhì)顆粒形成的單元團粒的粒徑。在將多個單元團粒 進行熱壓燒結(jié)時，小粒徑的單元團?？梢蕴畛湓诖罅降膯卧獔F粒的間隙中，由此有效地 提高了單元團粒的堆垛密度，這可以有效避免在燒結(jié)時硬質(zhì)合金內(nèi)出現(xiàn)氣孔，從而提高了 所制備的硬質(zhì)合金的密度。在一個實施例中，第一類硬質(zhì)顆粒的粒徑為10-20 y m，第二類硬 質(zhì)顆粒的粒徑為75-150 ym。
[0015] 在一個實施例中，熱壓燒結(jié)的溫度為1320°C到1350°C之間，壓力在80MPa到 lOOMPa之間。根據(jù)這種方法，熱壓燒結(jié)的溫度低于鈷的融化溫度和碳化鎢的融化溫度，因此 實際上是固相燒結(jié)。在這種燒結(jié)過程中，鈷原子的擴散趨勢非常小，因此所制備的硬質(zhì)合金 的基體、第一類硬質(zhì)顆粒、第二類硬質(zhì)顆粒中鈷原子的含量幾乎分別與初始基體漿料、第一 類顆粒、第二類顆粒中的鈷原子的含量相同，因此可確保第一類硬質(zhì)顆粒、第二類硬質(zhì)顆粒 以及基體的硬度不同。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：（1)在使用根據(jù)本發(fā)明的硬質(zhì)合金時，基體 被快速磨損而使得硬質(zhì)顆粒凸出到基體的表面之外，使得從微觀上看硬質(zhì)合金的表面與所 接觸的材料表面之間為鋸齒狀或波浪狀接觸，使得硬質(zhì)合金能非常高效地刻劃該材料的表 面，由此提高了硬質(zhì)合金的耐磨性。（2)碳化鎢基體的硬度小于硬質(zhì)顆粒的硬度意味著碳化 鎢基體的韌性大于硬質(zhì)顆粒的韌性。這樣，即使實施刻劃的硬質(zhì)顆粒出現(xiàn)裂紋，這些裂紋也 不能穿過碳化鎢基體，而是裂紋擴展的能量被碳化鎢基體吸收。由此，根據(jù)本發(fā)明的硬質(zhì)合 金具有良好的韌性。
【附圖說明】
[0017] 在下文中將基于實施例并參考附圖來對本發(fā)明進行更詳細的描述。其中：
[0018] 圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的碳化鎢基硬質(zhì)合金的第一試樣D#金相照片。
[0019] 圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的碳化鎢基硬質(zhì)合金的第二試樣H#金相照片。
[0020] 圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的碳化鎢基硬質(zhì)合金的第三試樣L#金相照片。
【具體實施方式】
[0021] 下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0022] 實施例1 :
[0023] 制備第一類第一類顆粒形成所述第一類硬質(zhì)顆粒，所述第二類顆粒形成所述第二 類硬質(zhì)顆粒顆粒。將WC粉體與Co粉體以重量比90:10均勻混合，然后在1400°C下燒結(jié)。 將燒結(jié)產(chǎn)物破碎后，過篩得到粒徑在10-20 ym的第一類顆粒。
[0024] 制備第二類顆粒。將WC粉體與Co粉體以重量比94:6均勻混合，然后在1400°C 下燒結(jié)。將燒結(jié)產(chǎn)物破碎后，過篩得到粒徑在70-120 ym的第二類顆粒。
[0025] 制備基體料漿。將WC粉體與C