一種硬質合金功能梯度材料的成型方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及功能梯度材料技術領域，更具體地說，涉及一種硬質合金功能梯度材 料的成型方法。
【背景技術】
[0002] 復合材料，是由兩種或兩種以上不同性質的材料，通過物理或化學的方法，在宏觀 (微觀）上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長補短，產生協同效應，使復 合材料的綜合性能優于原組成材料而滿足各種不同的要求。
[0003] 在眾多的復合材料中，梯度功能材料是比較特殊的一類復合材料，不同于普通的 復合材料，它是選用兩種（或多種）性能不同的材料，通過連續地改變這兩種（或多種） 材料的組成和結構，使其界面消失導致材料的性能隨著材料的組成和結構的變化而緩慢變 化。由于梯度功能材料的材料組分是在一定的空間方向上連續變化的特點，因此，它能有效 地克服傳統復合材料的不足。梯度功能材料可以用作界面層來連接不相容的兩種材料，大 大地提高粘結強度，也可以用作界面層減小殘余應力和熱應力，同時消除連接材料中界面 交叉點以及應力自由端點的應力奇異性，而且它代替傳統的均勻材料，既可以增強連接強 度也可以減小裂紋驅動力。
[0004] 而隨著全球經濟的快速發展，在石油、化工、能源、電力、冶金、航空航天等工業中， 存在大量在高溫、腐蝕等惡劣環境下使用的摩擦運動副零部件，不僅要求材料具有良好的 耐磨性，耐蝕性和抗氧化能力，還需要有優異的強韌性。而性質均一的單一材料，往往難于 滿足上述具有多種應用要求的領域。
[0005] 因而，如何獲得一種，能夠具有良好的耐磨性、強韌性、耐腐蝕抗高溫氧化的梯度 功能材料的研宄，一直是復合材料領域的重大課題之一。
【發明內容】
[0006] 有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種具有良好的耐磨性、強韌性、耐 腐蝕抗高溫氧化的梯度功能材料的成型方法，尤其是涉及一種硬質合金功能梯度材料的成 型方法。
[0007] 為了解決以上技術問題，本發明提供一種硬質合金功能梯度材料的成型方法，包 括：
[0008] A)將添加劑與合金原料混合后，得到混合料；
[0009] B)將上述步驟得到的混合料放入復合模具組中，進行復合壓力成型后，得到坯 料；
[0010] 所述復合模具組包括外層高膨脹系數模具，中間過渡層模具組和內層低膨脹系數 模具；
[0011] C)將上述坯料經過燒結后，得到硬質合金功能梯度材料。
[0012] 優選的，所述混合料中，所述合金原料在混合料中的體積比為50%~85%，所述 添加劑在混合料中的體積比為15 %~50 %。
[0013] 優選的，所述步驟A)具體為：
[0014] 將添加劑與第一合金原料混合后，得到表層混合料；將添加劑與第二合金原料混 合后，得到中間層混合料；將添加劑與第三合金原料混合后，得到內層混合料。
[0015] 優選的，所述表層混合料的費氏粒度為小于等于3 μπι，所述中間層混合料的費氏 粒度為〇. 5~5 μL?，所述內層混合料的費氏粒度為3~30 μπι。
[0016] 優選的，所述合金原料包括硬質相和軟質相；
[0017] 所述硬質相為碳化鎢，所述軟質相為鈷、鐵或鎳。
[0018] 優選的，所述第一合金原料中硬質相的質量含量占所述第一合金原料的質量含量 的百分比為93%~97%;所述第二合金原料中硬質相的質量含量占所述第二合金原料的質 量含量的百分比為84%~95%;所述第三合金原料中硬質相的質量含量占所述第三合金原 料的質量含量的百分比為75%~90%。
[0019] 優選的，所述復合壓力成型為溫壓成型、注射成型和熱等靜壓成型中的一種或多 種。
[0020] 優選的，所述添加劑包括聚乙烯、石蠟、聚乙二醇、聚丙烯、聚苯乙烯、硬脂酸、二甲 基苯二酸、雙丁基苯二酸和EVA中的一種或多種。
[0021] 優選的，所述坯料進行燒結前，還進行除脂處理；所述除脂處理為熱除脂和/或溶 劑脫脂處理。
[0022] 優選的，所述燒結為真空壓力燒結或熱等靜壓燒結。
[0023] 本發明提供一種硬質合金功能梯度材料的成型方法，首先將添加劑與合金原料混 合后，得到混合料；然后將上述步驟得到的混合料放入復合模具組中，進行復合壓力成型 后，得到坯料；所述復合模具組包括外層高膨脹系數模具，中間過渡層模具組和內層低膨脹 系數模具；最后將上述坯料經過燒結后，得到硬質合金功能梯度材料。與現有技術相比， 本發明將硬質合金采用功能梯度材料的設計理念，在保證硬質合金優良的耐磨性、耐腐蝕 性及抗高溫性能的同時，還獲得優良的強韌性。而且本發明還采用粉末冶金的方式制備硬 質合金功能梯度材料，利用復合模具組成型和粉末冶金方法制備硬質合金梯度功能復合材 料，通過調整合金粉末顆粒度與成分、添加劑配比、復合模具形狀、不同的壓力成型方式和 工藝參數、燒結工藝，可以在較大厚度尺寸范圍內方便地制備出形狀復雜的、成分連續變化 且可控的具有高耐磨性和優異強韌性結合的硬質合金功能梯度材料。實驗結果表明，本發 明制備的硬質合金功能梯度材料，橫向斷裂強度為3310N/mm 2,矯頑磁力為9. 3kA/m，鈷磁 (Com% )為9. 19,而且表層至心部組織致密、成分和硬質顆粒度均勻過渡，且無孔隙、氣泡 和裂紋等缺陷。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發明實施例1制備的WC-Co硬質合金功能梯度復合材料的粉末冶金產品 在100倍顯微鏡下的金相圖；
[0025] 圖2為本發明實施例1制備的WC-Co硬質合金功能梯度復合材料的粉末冶金產品 的表層在1500倍顯微鏡下的金相圖；
[0026] 圖3為本發明實施例1制備的WC-Co硬質合金功能梯度復合材料的粉末冶金產品 的中間過渡層Gl在1500倍顯微鏡下的金相圖；
[0027] 圖4為本發明實施例1制備的WC-Co硬質合金功能梯度復合材料的粉末冶金產品 的中間過渡層G2在1500倍顯微鏡下的金相圖；
[0028] 圖5為本發明實施例1制備的WC-Co硬質合金功能梯度復合材料的粉末冶金產品 的中間過渡層G3在1500倍顯微鏡下的金相圖；
[0029] 圖6為本發明實施例1制備的WC-Co硬質合金功能梯度復合材料的粉末冶金產品 的中間過渡層G4在1500倍顯微鏡下的金相圖；
[0030] 圖7為本發明實施例1制備的WC-Co硬質合金功能梯度復合材料的粉末冶金產品 芯部在1500倍顯微鏡下的金相圖；
[0031] 圖8為本發明實施例1制備的WC-Co硬質合金功能梯度復合材料的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0032] 下面對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例 僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通 技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范 圍。
[0033] 本發明提供一種硬質合金功能梯度材料的成型方法，包括：
[0034] A)將添加劑與合金原料混合后，得到混合料；
[0035] B)將上述步驟得到的混合料放入復合模具組中，進行復合壓力成型后，得到坯 料；
[0036] 所述復合模具組包括外層高膨脹系數模具，中間過渡層模具組和內層低膨脹系數 模具；
[0037] C)將上述坯料經過燒結后，得到硬質合金功能梯度材料。
[0038] 本發明首先將添加劑與合金原料混合后，得到混合料。所述添加劑優選為聚乙烯、 石蠟、聚乙二醇、聚丙烯、聚苯乙烯、硬脂酸、二甲基苯二酸、雙丁基苯二酸和EVA中的一種 或多種，更優選為聚乙烯、石蠟、聚乙二醇、聚丙烯、聚苯乙烯、硬脂酸、二甲基苯二酸、雙丁 基苯二酸或EVA，最優選為聚乙烯、石蠟、聚乙二醇和硬脂酸中的一種或多種。本發明對所述 合金原料沒有特別限制，以本領域技術人員熟知的用于制備硬質合金的合金原料即可，本 發明所述合金原料優選包括硬質相和軟質相，所述硬質相優選為碳化鎢，所述軟質相，即粘 結相，優選為鈷、鐵、鉬和鎳中的一種或多種，更優選為鈷、鐵或鎳，最優選為鈷；所述合金原 料優選還包括可以增加所述硬質合金性能的元素，優選為碳、硼、鎢、鉬、鉻、釩、鉭、鈦、鎳、 鐵及其碳化物中的一