CN105695837A - 一种WC-Ni细晶硬质合金的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种WC-Ni细晶硬质合金的制备方法，包括配料、球磨、干燥、压制成型、低压烧结等步骤，其配料组分为碳化钨，89.9％～93.7％，费氏粒度(0.8-1.2)μm；镍粉，6％～9％，费氏粒度(0.5-1.0)μm；碳化铬，0.3％～1.1％；球磨工艺为先将碳化物粉及添加剂碳化铬加入球磨筒湿磨(12～16)小时，再加入镍粉湿磨(14～18)小时。通过选用较细粒度的镍粉和采用分段研磨工艺，减少镍粉的湿磨时间，并采用低压烧结工艺，获得了综合性能较为优异的硬质合金成品。

Description

一种WC-Ni细晶硬质合金的制备方法

技术领域

本发明涉及一种硬质合金制备方法，特别是一种WC-Ni细晶硬质合金的制备方法。

背景技术

WC-Ni硬质合金具有高强度、高硬度、优良的耐磨性、耐热性以及良好的抗腐蚀性等特点，因此广泛应用于高压、高转速、高温、腐蚀性介质等工作环境。由于Ni属于面心立方(F.c.c)晶系，塑性很好，在湿磨过程中容易发生塑性变形，形成片状的Ni粉团。工业生产以Ni作为粘结剂的硬质合金的球磨时间要长，即便是这样，也不能保证Ni粉的均匀细化，这是基于Ni粉存在着与Co粉截然不同的细化机理。另外，与Co相比，Ni对WC硬质相的湿润性较差。基于以上两个不利因素，致使WC-Ni系硬质合金在烧结过程中容易出现“镍池”和孔洞。因此，如何使WC-Ni混合料在湿磨过程能够分散均匀且细化，避免在烧结过程中形成“镍池”和孔洞，是提高WC-Ni系硬质合金综合性能的关键。

国内外科技工作者开展了大量研究工作，并取得一定的成功。汪仕元等人通过向Ni中添加质量分数为1.6％的氧化钇(Y₂O₃)，使WC-8％Ni合金的抗弯强度从用纯镍作粘结剂的1250MPa增加到1900MPa，但硬度无明显变化。熊继研究了混合稀土CeLa对WC-6％Ni合金性能的影响，结果表明，当稀土含量为0.5％时，效果最佳，在硬度略有上升的情况下，抗弯强度提高10％以上，性能与WC-6％Co合金性能相当。周建华等人采用费氏粒度为14.4μm的WC和粒度为2.0，3.0，4.4，5.5，7.0μm的还原Ni粉末，制备了WC-9％Ni硬质合金。研究结果表明，合金横向断裂强度随着镍粉粒度变细而提高，平均粒度低于3.0μm后强度提高相当显著。当平均粒度为2.0μm时合金横向断裂强度达到了2854MPa。镍粉平均粒度大于3μm时，随着粒度增加合金硬度明显下降。雍志华等人将WC-8％Ni硬质合金的粘结剂用不同比例的纳米Ni粉替代，采用常规硬质合金的工艺制备出合金试样，测试其物理性能，研究不同比例的纳米Ni粉及不同烧结温度对合金性能的影响。结果表明，纳米Ni占总Ni含量的40％～60％左右时，WC-8％Ni硬质合金在适当比例纳米Ni粉及烧结温度下，合金的性能得到很大的提高。

从以上报道可以看出，目前主要通过添加合金元素，细化WC晶粒，通过严格的工艺控制，减少孔隙和缺陷等方法来改善WC-Ni硬质合金的性能。采用传统方法制备的WC-Ni混合料在真空烧结条件下常出现“镍池”和孔洞。“镍池”和孔洞会严重影响合金的综合性能，比如强度、耐磨性、耐腐蚀性等。

发明内容

本发明目的在于：提供一种WC-Ni细晶硬质合金的制备方法，解决传统细晶硬质合金制备过程中常出现“镍池”和孔洞的问题，以提高合金的综合性能。

本发明的WC-Ni细晶硬质合金制备方法，包括如下步骤：

(1)配料：按以下重量组份配制混合粉

碳化钨，89.9％～93.7％，费氏粒度(0.8-1.2)μm；

镍粉，6％～9％，费氏粒度(0.5-1.0)μm；

碳化铬，0.3％～1.1％；

(2)球磨：将上述配比的混合粉进行湿磨；其中球磨时间分段控制；先将碳化物粉及添加剂碳化铬加入球磨筒湿磨(12～16)小时，再加入镍粉湿磨(14～18)小时；

(3)干燥：将球磨完毕的混合料料浆干燥；

(4)压制成型：将干燥混合料压制成所需形状的压制品；

(5)烧结：将压制品放在烧结炉内高温烧结，烧结温度为(1450-1470)℃，保温时间(70-90)min，烧结压力为(4.5-5.0)Mpa，获得硬质合金成品。

上述配比中，碳化铬也可替换为碳化钽或碳化钒或铬。

本发明克服了以往硬质合金生产中，粘接剂组分镍与硬质相碳化钨一并研磨导致的粘接剂组分研磨时间过长导致的缺陷，采用Fsss粒度为(0.5～1.0)μm的羰基镍粉和分段研磨的方法，控制其湿磨时间在(14～18)小时范围内，且以各成分混合均匀为宜，避免长时间湿磨导致镍粉团聚、***而在烧结过程中形成“镍池”，并通过低压烧结降低合金孔隙度，提高合金组织结构均匀性，达到提高合金综合性能的目的。

本方法可以制备不同Ni含量的WC-Ni细晶硬质合金，其合金综合性能较传统方法(采用粗颗粒(≥2.0μm)镍粉和长时间湿磨)制备的WC-Ni细晶硬质合金优良，强度得到显著提高。

附图说明

本发明将通过实施例并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明实施例1合金放大1500倍的金相照片。

图2是本发明实施例2合金放大1500倍的金相照片。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

组分

实施例1

实施例2

WC(fsss粒度0.8μm-1.2μm)	89.9	93.7
			Ni(fsss粒度1.0μm)	9	-
Ni(fsss粒度0.5μm)	-	6
			Cr3C2	1.1	0.3
合计	100	100

表1混合料配料表单位为公斤

实施例1：

成分为WC-9wt％Ni-1wt％Cr的合金制备方法，包括如下步骤：

(1)配料：按表1混合料配料表实施例1中的重量组份配制混合粉。

(2)球磨：将上述配比的混合料WC粉及添加剂Cr₃C₂加入球磨筒湿磨16小时后，再加入羰基镍粉湿磨18小时，并加入1.5wt％的成型剂石蜡。

(3)干燥：将湿磨完毕的混合料料浆真空干燥；

(4)压制成型：将干燥混合料在8吨的压力压制成抗弯强度(TRS)标准B样(标准编号：GB/T3851-1983)压制品；

(5)烧结：将压制品放在载气脱蜡真空炉中，烧结温度为1450℃，保温时间为90min，烧结压力为5.0MPa。获得硬质合金成品。

检测硬质合金成品物理金相性能，合金晶粒度为0.6μm，硬度(HRA)为91.0，抗弯强度为2860MPa，金相微观组织见图1。

实施例2：

成分为WC-6wt％Ni-0.2wt％Cr的合金制备方法，包括如下步骤：

(1)配料：按表1混合料配料表实施例2中的重量组份配制混合粉。

(2)球磨：将上述配比的混合料WC粉及添加剂Cr₃C₂加入球磨筒湿磨12小时后，再加入羰基镍粉湿磨14小时，加入2.0wt％的成型剂石蜡。

(3)干燥：将湿磨完毕的混合料料浆真空干燥；

(4)压制成型：将干燥混合料压制成抗弯强度(TRS)标准B样(标准编号：GB/T3851-1983)压制品；

(5)烧结：将压制品放在载气脱蜡真空炉中，烧结温度为1470℃。保温时间为70min，烧结压力为4.5MPa。获得硬质合金成品。

检测硬质合金成品物理金相性能，合金晶粒度为0.6μm，硬度(HRA)为91.6，抗弯强度为2830MPa，金相微观组织见图2。

从实施例1、2的物理金相性能可以看出，本发明通过选用较细粒度的镍粉，并采用分段研磨工艺，在确保硬质相的湿磨时间的同时，减少镍粉的湿磨时间，并采用低压烧结工艺，获得了综合性能较为优异的硬质合金成品。

本发明实施例的配比中，碳化铬也可替换为碳化钽或碳化钒或铬等添加剂，和添加碳化铬相比，所制备的合金也具有相似的综合性能较好的效果。尽管已经根据优选实施例对本发明进行了示例和描述，但应认识到，本发明并不局限于前述的具体实施方式。在不背离权利要求书中所阐述的本发明的情况下，可对此作出变更和改变，本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (2)

1.一种WC-Ni细晶硬质合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)配料：按以下重量组份配制混合粉

碳化钨，89.9％～93.7％，费氏粒度0.8-1.2μm；

镍粉，6％～9％，费氏粒度0.5-1.0μm；

碳化铬，0.3％～1.1％；

(2)球磨：将上述配比的混合粉进行湿磨；其中球磨时间分段控制；先将碳化物粉及添加剂碳化铬加入球磨筒湿磨12～16小时，再加入镍粉湿磨14～18小时；

(3)干燥：将球磨完毕的混合料料浆干燥；

(4)压制成型：将干燥混合料压制成所需形状的压制品；

(5)烧结：将压制品放在烧结炉内高温烧结，烧结温度为1450-1470℃，保温时间70-90min，烧结压力为4.8-5.2Mpa，获得硬质合金成品。

2.如权利要求1所述的WC-Ni细晶硬质合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的碳化铬替换为碳化硼或碳化钒或铬。