CN103468995B - 一种耐磨板用TiC-Ni-Mo硬质合金材料及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混凝土输送泵的耐磨板（眼镜板）、S管阀和耐磨环用TiC-Ni-Mo硬质合金材料及制作方法。原料采用碳化钛，镍粉，钼粉，WC，TaC，稀土六种原料；通过湿法球磨制粉，掺胶制粒，压制成型烧结等步骤获得的TiC-Ni-Mo硬质合金材料，它是专门用于制作混凝土输送泵耐磨板（眼镜板）、S管阀及耐磨环。本发明采用碳化钛为硬质相，镍和钼为粘结相，同时添加适量微量元素和碳粉等调节材料综合物理性能；由于本发明采用TiC作为硬质相，其硬度高、密度轻，与碳化钨基含铁硬质合金相比，该材料具有耐磨性好、密度低、耐腐蚀、性价比高、使用寿命长等优点。

Description

一种耐磨板用TiC-Ni-Mo硬质合金材料及制作方法

技术领域

本发明涉及一种耐磨板用TiC-Ni-Mo硬质合金材料及制作方法；特别是涉及一种混凝土输送泵的耐磨板（眼镜板）、S管阀和耐磨环用TiC-Ni-Mo硬质合金材料及制作方法。

背景技术

应用于混凝土泵用耐磨板的耐磨材料要求具有耐冲击，耐磨损，高强度，耐腐蚀等优良的物理性能和机械性能。目前市场上使用的材料主要为WC-Fe-Ni-Co类硬质合金。

WC-Fe-Ni-Co类硬质合金，这类硬质合金采用WC为硬质相，一方面WC是一种价格昂贵的金属碳化物，价格基本在30万元/吨左右，是TiC价格的3倍，这样也就使WC类硬质合金价格始终居高不下，进而造成耐磨板价格始终较高；另一方面，WC具有密度高的特点，同时WC-Fe-Ni-Co类硬质合金中Fe含量较高，由于Fe耐腐蚀性较差，影响了耐磨板的使用寿命。故现有的WC-Fe-Ni-Co类硬质合金材料不能满足建筑制造行业的输送泵耐磨板（眼镜板）、S管阀和耐磨环技术要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点和不足，提供一种密度低、耐磨性好、使用寿命长的耐磨板用TiC-Ni-Mo硬质合金材料及制作方法；该TiC-Ni-Mo硬质合金材料专门用于制作混凝土输送泵耐磨板（眼镜板）、S管阀及耐磨环，从而大大提高耐磨性和使用寿命。

本发明的目的是通过下列技术方案实现的：一种耐磨板TiC-Ni-Mo硬质合金材料的制作方法，其特征在于所述的TiC-Ni-Mo硬质合金材料按以下原料的重量配比配料和步骤完成：

所述的各原料的重量配比（重量%）为：

碳化钛 55％～60％,    镍粉 28%～36%，

钼粉 8%～9%，         WC  0.6％~1.6％，  

TaC  0.6%~1.6%，      稀土 0.6%~1.6%；

上述各组份两端点之间任意取值；各组份百分含量之和为100%计；上述原料混合料的配碳点为10.26%～11.45%；

上述碳化钛、镍粉和钼粉三种原料的化学成份如下：

碳化钛：TiC%>99%，C%>19%，O%<0.5%，Fsss：≤2.0μm；

镍粉：Ni+ Co≥99.5%，Co≤0.10%，Fsss：≤2.0μm；

钼粉：Mo≥99.8%，Fsss：≤2.0μm；

所述的各步骤为：

（1）、湿法球磨制粉，将上述重量配比的原料投入球磨机内，选定原料:研磨球:无水酒精=1:7.5:0.45；其中，研磨球直径为5.0～8.0mm，球磨时间为72小时，然后用80目筛网去除碎球和脏化物；之后在蒸汽干燥柜内进行干燥，温度控制在100℃以下，使酒精充分去除后进行200目筛网的过筛，获得混合料粉末；

（2）、掺胶制粒，将上述混合料粉末与成型剂置于螺旋搅拌器进行充分混合，之后在蒸汽干燥柜内进行干燥，温度控制在100℃以下，将成型剂内的汽油溶剂充分蒸发后，进行40-60目的擦筛制粒，获得符合压制成型要求的掺胶混合料；

所述的成型剂分为橡胶成型剂或石蜡成型剂：橡胶成型剂为汽油溶解顺丁橡胶制成，浓度为10%~12%，灰分小于0.03%；石蜡成型剂为汽油溶解石蜡制成，浓度为18%~28%，灰分小于0.03%；采用橡胶成型剂与上述混合料粉末在螺旋搅拌器进行混合时，按90ml/kg~95 ml/kg重量配比进行混合；或采用石蜡成型剂与上述混合料粉末在螺旋搅拌器进行混合时，按85ml/kg~90 ml/kg重量配比进行混合；

（3）、压制成型，将上述掺胶混合料装于成型模具内而后置于压力机中压制成型，成型压力机采用液压式或机械式压力机，单位压制压力控制在1.1~1.4吨/cm²；

（4）、烧结：烧结过程分为成型剂脱除和烧结两个阶段：整个烧结过程，升温速度控制为5~8℃/分钟;成型剂脱除阶段温度为280℃~580℃，在温度为280℃、450℃和580℃三段进行保温，即各段保温时间为60~120分钟不等，根据产品大小有所不同而定；烧结阶段，成型剂脱除三段保温之后继续升温，在温度为800℃、1100℃和1350℃三段再进行保温，即各段保温时间为30~90分钟不等，根据产品大小有所不同而定，之后，升温到烧结温度为1380℃~1400℃，保温时间为40~60分钟，即根据产品大小有所不同而定，整个烧结阶段时间为7~12个小时；即得到HRA＞84，抗弯强度＞2400MPa的硬质合金材料；通过上述方法获得的TiC-Ni-Mo硬质合金材料，是专门用于制作混凝土输送泵耐磨板（眼镜板）、S管阀及耐磨环。

本发明采用碳化钛为硬质相，镍和钼为粘结相，同时添加适量微量元素和碳粉等调节材料综合物理性能；碳化钛是具有高硬度、高熔点、耐磨损特点的难熔金属碳化物，碳化钛是制作硬质合金的理想材料。粘结相采用一定配比的镍和钼，镍中添加钼，使材料烧结时形成Mo₂C，并在TiC晶粒上形成不平衡的TiC-Mo₂C固溶体，得到一种环形结构晶粒。这种晶粒外壳钼含量高、钛含量低，内部缺钼或低钼高钛。由于金属镍对TiC-Mo₂C相的润湿性较好，避免了镍和TiC直接接触，从而使合金具有理想的密度和较好的物理性能。WC、TaC或稀土等微量元素的加入，以及配碳点的控制，可明显提高合金的抗弯强度和耐磨性。

现有市场上使用的材料主要为WC-Fe-Ni-Co类硬质合金；而WC的密度是TiC密度的3倍，WC-Fe-Ni-Co类硬质合金密度是本发明TiC-Ni-Mo材质硬质合金密度的2倍，因此，制作同样一块耐磨板，使用本发明TiC-Ni-Mo材质硬质合金所用材料是使用WC-Fe-Ni-Co类硬质合金所用材料的50%，从而节约了大量材料，经济效果十分明显。同吋，WC-Fe-Ni-Co类硬质合金中Fe含量较高，由于Fe耐腐蚀性较差，影响了耐磨板的使用寿命。而本发明只有Ni为金属单质，其他均为稳定的碳化物，Ni金属本身就是优质的耐腐蚀材料，因此本发明TiC-Ni-Mo材质硬质合金耐腐蚀性十分突出。

本发明TiC-Ni-Mo材质硬质合金比WC-Fe-Ni-Co类硬质合金具有更优异的的硬度和耐磨性，由于本发明采用TiC作为硬质相，其硬度比WC更高，其次，Ni-Mo粘结相也比Fe-Ni-Co粘结相在强度和耐磨性上优异很多，从而使本发明产品在相同使用环境下具有更长的寿命。

综上所述，本发明的TiC-Ni-Mo硬质合金材料是一种采用碳化钛为硬质相的硬质合金，与碳化钨基含铁硬质合金相比，该材料具有耐磨性好、密度低、耐腐蚀、性价比高等优点。

具体实施方式

一种耐磨板用TiC-Ni-Mo硬质合金材料的制作方法，

其特征在于所述的TiC-Ni-Mo硬质合金材料按以下原料的重量配比配料和步骤完成：

所述的各原料的重量配比（重量%）为：

碳化钛 55％～60％,    镍粉 28%～36%，

钼粉 8%～9%，         WC 0.6％~1.6％，

TaC 0.6%~1.6%，      稀土 0.6%~1.6%；

上述各组份两端点之间任意取值；各组份百分含量之和为100%计；上述原料混合料的配碳点为10.26%～11.45%；

上述碳化钛、镍粉和钼粉三种原料的化学成份如下：

碳化钛：TaC%>99%，C%>19%，O%<0.5%，Fsss：≤2.0μm；

镍粉：Ni+ Co≥99.5%，Co≤0.10%，Fsss：≤2.0μm；

钼粉：Mo≥99.8%，Fsss：≤2.0μm；

所述的各步骤为：

（1）、湿法球磨制粉，将上述重量配比的原料投入球磨机内，选定原料:研磨球:无水酒精=1:7.5:0.45；其中，研磨球直径为5.0～8.0mm，球磨时间为72小时，然后用80目筛网去除碎球和脏化物；之后在蒸汽干燥柜内进行干燥，温度控制在100℃以下，使酒精充分去除后进行200目筛网的过筛，获得混合料粉末；

（2）、掺胶制粒，将上述混合料粉末与成型剂置于螺旋搅拌器进行充分混合，之后在蒸汽干燥柜内进行干燥，温度控制在100℃以下，将成型剂内的汽油溶剂充分蒸发后，进行40-60目的擦筛制粒，获得符合压制成型要求的掺胶混合料；

所述的成型剂分为橡胶成型剂或石蜡成型剂：橡胶成型剂为汽油溶解顺丁橡胶制成，浓度为10%~12%，灰分小于0.03%；石蜡成型剂为汽油溶解石蜡制成，浓度为18%~28%，灰分小于0.03%；

采用橡胶成型剂与上述混合料粉末在螺旋搅拌器进行混合时，按90ml/kg~95 ml/kg重量配比进行混合；

或采用石蜡成型剂与上述混合料粉末在螺旋搅拌器进行混合时，按85ml/kg~90 ml/kg重量配比进行混合；

（3）、压制成型，将上述掺胶混合料装于成型模具内而后置于压力机中压制成型，成型压力机采用液压式或机械式压力机，单位压制压力控制在1.1~1.4吨/cm²；

（4）、烧结，烧结过程分为成型剂脱除和烧结两个阶段：整个烧结过程，升温速度控制为5~8℃/分钟;成型剂脱除阶段温度为280℃~580℃，在温度为280℃、450℃和580℃三段进行保温，即各段保温时间为60~120分钟不等，根据产品大小有所不同而定；烧结阶段，成型剂脱除三段保温之后继续升温，在温度为800℃、1100℃和1350℃三段再进行保温，即各段保温时间为30~90分钟不等，根据产品大小有所不同而定，之后，升温到烧结温度为1380℃~1400℃，保温时间为40~60分钟，即根据产品大小有所不同而定，整个烧结阶段时间为7~12个小时；即得到HRA＞84，抗弯强度＞2400MPa的硬质合金材料。

通过上述方法获得的TiC-Ni-Mo硬质合金材料，它是专门用于制作混凝土输送泵耐磨板（眼镜板）、S管阀及耐磨环。

本发明的TiC-Ni-Mo硬质合金材料是一种采用碳化钛为硬质相的硬质合金，与碳化钨基含铁硬质合金相比，该材料具有耐磨性好、密度低、耐腐蚀、性价比高等优点。

配方实例

例1、碳化钛57.4％,   镍粉32.4%，   钼粉8.1%，         WC  0.7％，     TaC  0.7%，    稀土0.7%；

例2、 碳化钛55％,    镍粉33.8%，     钼粉8.45%，         WC 0.916 ％，  TaC 0.916 %，    稀土 0.916%；

例3、 碳化钛56.5％,     镍粉32.4%，     钼粉8.1%，         WC  1％，        TaC  1%，      稀土1%；

例4、 碳化钛55.2％,     镍粉32.%，     钼粉8%，         WC  1.6％，      TaC  1.6%，    稀土1.6%；

例5、 碳化钛59％,     镍粉29.%，     钼粉9%，         WC  1.％，      TaC  1.%，    稀土1.%。

Claims (2)

1.一种耐磨板用TiC-Ni-Mo硬质合金材料的制作方法，

其特征在于所述的TiC-Ni-Mo硬质合金材料按以下原料的重量配比配料和步骤完成：

所述的各原料的重量配比（重量%）为：

碳化钛 55％～60％,    镍粉 28%～36%，

钼粉 8%～9%，         WC  0.6％~1.6％，

TaC  0.6%~1.6%，      稀土 0.6%~1.6%；

各组份百分含量之和为100%计；

上述原料混合料的配碳点为10.26%～11.45%；

所述的各步骤为：

（1）、湿法球磨制粉，将上述重量配比的原料投入球磨机内，选定原料:研磨球:无水酒精=1:7.5:0.45；其中，研磨球直径为5.0～8.0mm，球磨时间为72小时，然后用80目筛网去除碎球和脏化物；之后在蒸汽干燥柜内进行干燥，温度控制在100℃以下，使酒精充分去除后进行200目筛网的过筛，获得混合料粉末；

（2）、掺胶制粒，将上述混合料粉末与成型剂置于螺旋搅拌器进行充分混合，之后在蒸汽干燥柜内进行干燥，温度控制在100℃以下，将成型剂内的汽油溶剂充分蒸发后，进行40-60目的擦筛制粒，获得符合压制成型要求的掺胶混合料；

所述的成型剂分为橡胶成型剂或石蜡成型剂：橡胶成型剂为汽油溶解顺丁橡胶制成，浓度为10%~12%，灰分小于0.03%；石蜡成型剂为汽油溶解石蜡制成，浓度为18%~28%，灰分小于0.03%；

采用橡胶成型剂与上述混合料粉末在螺旋搅拌器进行混合时，按90ml/kg~95 ml/kg重量配比进行混合；

或采用石蜡成型剂与上述混合料粉末在螺旋搅拌器进行混合时，按85ml/kg~90 ml/kg重量配比进行混合；

（3）、压制成型，将上述掺胶混合料装于成型模具内而后置于压力机中压制成型，成型压力机采用液压式或机械式压力机，单位压制压力控制在1.1~1.4吨/cm²；

（4）、烧结：烧结过程分为成型剂脱除和烧结两个阶段：

整个烧结过程，升温速度控制为5~8℃/分钟;

成型剂脱除阶段温度为280℃~580℃，在温度为280℃、450℃和580℃三段进行保温，即各段保温时间为60~120分钟不等，根据产品大小有所不同而定；

烧结阶段，成型剂脱除三段保温之后继续升温，在温度为800℃、1100℃和1350℃三段再进行保温，即各段保温时间为30~90分钟不等，根据产品大小有所不同而定，之后，升温到烧结温度为1380℃~1400℃，保温时间为40~60分钟，即根据产品大小有所不同而定，整个烧结阶段时间为7~12个小时；即得到HRA＞84，抗弯强度＞2400MPa的硬质合金材料。

2.如权利要求1所述的方法制作的一种耐磨板用TiC-Ni-Mo硬质合金材料。