一種高耐磨wc基硬質合金復合材料的制備方法
【專利摘要】本發明提供了本發明提供了一種高耐磨WC基硬質合金復合材料的制備方法，包括以下步驟：步驟1、將WC粉末、(Ti,W)C混合粉末、鈷粉、VC粉末和SiC粉末混合，得到混合料，將混合料與磨球放入球磨罐中，加入乙醇，密封球磨罐，先抽真空然后充入惰性氣體，然后在旋轉下進行球磨；步驟2、將球磨后的原料經真空干燥箱去除團聚體，然后制粒，保壓進行壓制成坯；步驟3、將制好的壓坯放置于真空燒結爐中，進行加熱真空燒結，隨爐冷卻至室溫，制得高耐磨WC基硬質合金復合材料。本發明制備的WC基硬質合金材料具有優異的物理和機械性能，其具有輕度高摩擦系數低，抗磨磨損性能好等優點。
【專利說明】
-種高耐磨wc基硬質合金復合材料的制備方法
技術領域
[0001]本發明屬于耐磨損耐腐蝕的硬質合金領域，設及一種高耐磨WC基硬質合金復合材 料的制備方法。
【背景技術】
[000^ 傳統WC-C0硬質合金因其特殊的性能，如高耐磨性、高硬度等特性使它們在切削刀 具、模具、礦山開采等領域得到了較好的應用，但是傳統WC-CO硬質合金存在著較大的脆性， 加工軟化、初性差和崩刃等問題，使得它們并不能完全滿足在礦山開采、地質勘探等特殊領 域的應用。硬質合金是W難烙金屬的高硬度碳化物(WC、TiC、TaC等)為主要組分，WCo或Ni、 化等為粘結劑，在真空或氨氣等氣氛中燒結制備而成的粉末冶金制品。WC-Co硬質合金因具 有高的強度、硬度W及優良的耐磨性和抗氧化性，被廣泛地應用于機械加工、礦山工具和結 構耐磨件等領域。
[0003] Co對硬質相WC有良好的潤濕性和粘結性，且C、W在Co相中部分溶解使WC-Co系硬質 合金具有高密度、高硬度、高強度和高耐磨性，因此，從硬質合金的制備和應用來看，Co無疑 是WC基硬質合金的最佳粘結劑。
[0004] 本發明針對實際應用的服役條件及需要，開展材料成分優化設計，在WWC為基體 之上，加入硬質相(Ti、W)C復合粉末，増初相SiC，晶粒抑制劑VC，大幅度提高了 WC-Co硬質合 金的硬度及耐磨性。
[0005] 使用運種材料制作的產品較傳統WC-Co材料有很明顯的優越性，表現在:很高的硬 度、摩擦系數低、抗磨損能力、很高的承載能力、生產流程短等，具有很好的實用性和經濟 性。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是為了同時提高WC-Co硬質合金的硬度和強度耐磨性，并克服現有 提高WC-Co硬質合金綜合性能的方法存在的制備工藝復雜、注意事項繁多工藝參數要求高， 成本急劇提高的缺陷，W及粉末冶金法難W控制燒結過程中晶粒長大的問題，而提供的一 種高耐磨的WC基硬質合金復合材料及其制造方法。
[0007] 技術方案：
[000引一種高耐磨WC基硬質合金復合材料的制備方法，包括W下步驟：
[0009] 步驟1、將作為硬質合金基體粒度的均勻的WC粉末、作為硬質合金增硬相的(Ti，W) C混合粉末、作為粘結劑的鉆粉、作為晶粒抑制劑的VC粉末和作為增初的SiC粉末混合，得到 混合料，將混合料與磨球放入球磨罐中，加入乙醇，密封球磨罐，先抽真空然后充入惰性氣 體，然后在旋轉下進行球磨；
[0010] 步驟2、將球磨后的原料經真空干燥箱去除團聚體，然后制粒，保壓進行壓制成巧；
[0011] 步驟3、將制好的壓巧放置于真空燒結爐中，進行加熱真空燒結，隨爐冷卻至室溫， 制得高耐磨WC基硬質合金復合材料。
[001 ^ 步驟1中，所述的WC粉末純度>99.9%，粒徑范圍為1~10皿；（Ti，W)C混合粉末的 純度> 99 %，粒徑范圍2~4mi ;鉆粉的純度>99.5 %，粒徑范圍1~化m; VC粉末的純度> 99%，粒徑范圍為1~2皿;SiC粉末純度>99%，粒徑范圍為0.5~0.7皿。
[0013] 步驟1中，所使用的WC粉末占混合料的66.4%~92%，所使用的（Ti，W)C混合粉末 占混合料的0~21.6%，所使用的鉆粉占混合料的8%，所使用的VC占混合料的0~1%，所使 用的SiC粉末占混合料的0~3%。
[0014] 步驟1中，所使用的磨球為YG8合金球，所使用的磨球與混合料的質量比為12:1~ 15:1。
[0015] 步驟1中，所加入的乙醇的加入量為每千克混合料加入400~lOOOmL。
[0016] 步驟1中，所述的惰性氣體為氣氣，所述旋轉的轉速為30化/min~40化/min,所述 的球磨時間為24~48小時。
[0017] 步驟2中，所述的干燥溫度為80~120°C，在保壓過程中，所使用的壓力為800~ 1200kg/cm^〇
[001引步驟3中，所述的真空燒結爐中的真空度為3 Xl0-4~5 Xl0-4,加熱真空燒結的溫 度為1200°C~1400°C，加熱真空燒結時間為1~2小時。
[0019] -種通過上述方法制備的高耐磨WC基硬質合金復合材料。
[0020] 有益效果：
[0021] 本發明提供了一種適用于不同氣氛條件下的高性能耐磨材料，本發明制備的WC基 硬質合金材料具有優異的物理和機械性能，其具有輕度高摩擦系數低，抗磨磨損性能好等 優點。本發明工藝簡單、可操作性強，成本相對較低，在機械制造、刀具領域具有廣泛用途。
【附圖說明】
[0022] 圖1為實施例1制備的材料的磨痕放大200倍的照片；
[0023] 圖2為實施例4制備的材料的磨痕放大200倍的照片；
[0024] 圖3為實施例1~5制備的材料的摩擦系數曲線，曲線1~5依次為實施例1~5的摩 擦系數曲線；
[0025] 圖4為實施例1~5制備的材料的磨損率柱狀圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合具體實施例對本發明作進一步描述：
[0027] 本發明所使用的WC粉末純度>99.9%，粒徑范圍為1~10皿；（Ti，W)C混合粉末的 純度> 99 %，粒徑范圍2~4mi ;鉆粉的純度>99.5 %，粒徑范圍1~化m; VC粉末的純度> 99%，粒徑范圍為1~2皿;SiC粉末純度>99%，粒徑范圍為0.5~0.7皿。
[0028] 實施例1
[0029] a)首先砰取占原料質量92%作為硬質合金基體粒度均勻WC粉末，8%的作為粘結 劑的鉆粉，將混合料與磨球按照球料比13:1混合(磨球均為YG8合金球)放入球磨罐中，按照 每千克混合料加入400mL乙醇為比例，密封球磨罐，先抽真空然后充入氣氣，重復3次，然后 W轉速400;r/min球磨時間36小時；
[0030] b)將混合并球磨的原料經真空干燥箱去除團聚體，干燥溫度為80°C，然后制粒，在 1200kg/cm2的壓力下，保壓進行壓制成巧；
[0031] C)將制好的壓巧放置于真空度為5X1(T4的真空燒結爐中，加熱至138(TC真空燒結 1小時，隨爐冷卻至室溫，則制得高耐磨WC基復合硬質合金材料。
[0032] 實施例2
[0033] a)首先砰取占原料質量69.4%作為硬質合金基體粒度均勻WC粉末，8%的作為粘 結劑的鉆粉，21.6 %的作為硬質合金增硬相的（Ti，W)C混合粉末，1 %的作為晶粒抑制劑的 VC，W及添加0%的作為增初的SiC粉末，將混合料與磨球按照球料比15:1混合（磨球均為 YG8合金球)放入球磨罐中，按照每千克混合料加入400mL乙醇為比例，密封球磨罐，先抽真 空然后充入氣氣，重復3次，然后W轉速3(K)r/min球磨時間24小時；
[0034] b)將混合并球磨的原料經真空干燥箱去除團聚體，干燥溫度為120°C，然后制粒， 在1200kg/cm2的壓力下，保壓進行壓制成巧；
[0035] C)將制好的壓巧放置于真空度為3X1(T4的真空燒結爐中，加熱至120(TC真空燒結 2小時，隨爐冷卻至室溫，則制得高耐磨WC基復合硬質合金材料。
[0036] 實施例3
[0037] a)首先砰取占原料質量68.9%作為硬質合金基體粒度均勻WC粉末，8%的作為粘 結劑的鉆粉，21.6 %的作為硬質合金增硬相的（Ti，W)C混合粉末，1 %的作為晶粒抑制劑的 VC，W及添加0.5%的作為增初的SiC粉末，將混合料與磨球按照球料比12:1混合(磨球均為 YG8合金球)放入球磨罐中，按照每千克混合料加入500mL乙醇為比例，密封球磨罐，先抽真 空然后充入氣氣，重復3次，然后W轉速3(K)r/min球磨時間48小時；
[0038] b)將混合并球磨的原料經真空干燥箱去除團聚體，干燥溫度為120°C，然后制粒， 在lOOOkg/cm2的壓力下，保壓進行壓制成巧；
[0039] C)將制好的壓巧放置于真空度為5X1(T4的真空燒結爐中，加熱至130(TC真空燒結 1小時，隨爐冷卻至室溫，則制得高耐磨WC基復合硬質合金材料。
[0040] 實施例4
[0041] a)首先砰取占原料質量68.4%作為硬質合金基體粒度均勻WC粉末，8%的作為粘 結劑的鉆粉，21.6 %的作為硬質合金增硬相的（Ti，W)C混合粉末，1 %的作為晶粒抑制劑的 VC，W及添加1 %的作為增初的SiC粉末，將混合料與磨球按照球料比13:1混合（磨球均為 YG8合金球)放入球磨罐中，按照每千克混合料加入400mL乙醇為比例，密封球磨罐，先抽真 空然后充入氣氣，重復3次，然后W轉速4(K)r/min球磨時間36小時；
[0042] b)將混合并球磨的原料經真空干燥箱去除團聚體，干燥溫度為80°C，然后制粒，在 1200kg/cm2的壓力下，保壓進行壓制成巧；
[0043] C)將制好的壓巧放置于真空度為5X1(T4的真空燒結爐中，加熱至138(TC真空燒結 1小時，隨爐冷卻至室溫，則制得高耐磨WC基復合硬質合金材料。
[0044] 實施例5
[0045] a)首先砰取占原料質量66.4%作為硬質合金基體粒度均勻WC粉末，8%的作為粘 結劑的鉆粉，21.6 %的作為硬質合金增硬相的（Ti，W)C混合粉末，1 %的作為晶粒抑制劑的 VC，W及添加3%的作為增初的SiC粉末，將混合料與磨球按照球料比12:1混合（磨球均為 YG8合金球)放入球磨罐中，按照每千克混合料加入1 OOOmL乙醇為比例，密封球磨罐，先抽真 空然后充入氣氣，重復3次，然后W轉速4(K)r/min球磨時間48小時；
[0046] b)將混合并球磨的原料經真空干燥箱去除團聚體，干燥溫度為80°C，然后制粒，在 800kg/cm2的壓力下，保壓進行壓制成巧；
[0047] C)將制好的壓巧放置于真空度為3X1(T4的真空燒結爐中，加熱至140(TC真空燒結 1小時，隨爐冷卻至室溫，則制得高耐磨WC基復合硬質合金材料。
[0048] 表1不同實施例制備的材料的性能參數
[0049]
[0
[0051] 摩擦學性能是在MFT-5000摩擦試驗機上進行的，實驗參數為載荷10kg、線速度 8mm/s，往復距離4mm，時間15min。
[0052] 本發明所述高耐磨的WC基復合硬質合金材料，具有優異的力學性能，摩擦性能小， 耐磨性能好，如表1所示，實例2、3、4的硬度非常的高，如表1、圖3、圖4可W看出，實例1、2、3、 4的摩擦系數較低，耐磨損性能也比較高，對比實例1、4,圖1的磨痕寬度為651.4皿，圖2的磨 痕寬度為528.89WI1，除了原料配比不一樣，其他參數均一樣，添加(W、Ti )C，SiC可W提高材 料的致密性，密度變大，并大幅度提升耐磨材料的硬度和耐磨性能，一定程度降低材料的摩 擦系數。
【主權項】
1. 一種高耐磨WC基硬質合金復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1、將作為硬質合金基體粒度的均勻的WC粉末、作為硬質合金增硬相的（Ti，W)C混 合粉末、作為粘結劑的鈷粉、作為晶粒抑制劑的VC粉末和作為增韌的SiC粉末混合，得到混 合料，將混合料與磨球放入球磨罐中，加入乙醇，密封球磨罐，先抽真空然后充入惰性氣體， 然后在旋轉下進行球磨； 步驟2、將球磨后的原料經真空干燥箱去除團聚體，然后制粒，保壓進行壓制成坯； 步驟3、將制好的壓坯放置于真空燒結爐中，進行加熱真空燒結，隨爐冷卻至室溫，制得 高耐磨WC基硬質合金復合材料。2. 根據權利要求1所述的一種高耐磨WC基硬質合金復合材料的制備方法，其特征在于， 步驟1中，所述的WC粉末純度彡99.9 %，粒徑范圍為1~1 Ομπι; (Ti，W)C混合粉末的純度彡 99 %，粒徑范圍2~4μπι;鈷粉的純度彡99 · 5 %，粒徑范圍1~2μπι; VC粉末的純度彡99%，粒徑 范圍為1~2ym;SiC粉末純度彡99%，粒徑范圍為0.5~0·7μπι。3. 根據權利要求1所述的一種高耐磨WC基硬質合金復合材料的制備方法，其特征在于， 步驟1中，所使用的WC粉末占混合料的66.4%~92%，所使用的（Ti，W)C混合粉末占混合料 的0~21.6 %，所使用的鈷粉占混合料的8 %，所使用的VC占混合料的0~1 %，所使用的S i C 粉末占混合料的〇~3 %。4. 根據權利要求1所述的一種高耐磨WC基硬質合金復合材料的制備方法，其特征在于， 步驟1中，所使用的磨球為YG8合金球，所使用的磨球與混合料的質量比為12:1~15:1。5. 根據權利要求1所述的一種高耐磨WC基硬質合金復合材料的制備方法，其特征在于， 步驟1中，所加入的乙醇的加入量為每千克混合料加入400~1000mL。6. 根據權利要求1所述的一種高耐磨WC基硬質合金復合材料的制備方法，其特征在于， 步驟1中，所述的惰性氣體為氬氣，所述旋轉的轉速為300r/min~400r/min，所述的球磨時 間為24~48小時。7. 根據權利要求1所述的一種高耐磨WC基硬質合金復合材料的制備方法，其特征在于， 步驟2中，所述的干燥溫度為80~120°C，在保壓過程中，所使用的壓力為800~1200kg/cm 2。8. 根據權利要求1所述的一種高耐磨WC基硬質合金復合材料的制備方法，其特征在于， 步驟3中，所述的真空燒結爐中的真空度為3 Χ10-4~5X10'加熱真空燒結的溫度為1200 °C~1400°C，加熱真空燒結時間為1~2小時。9. 一種高耐磨WC基硬質合金復合材料，其特征在于，所述高耐磨WC基硬質合金復合材 料通過權利要求1~8任意一項所述的方法制備而得。
【文檔編號】C22C1/05GK106048276SQ201610367681
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月30日
【發明人】李長生, 彭維祥, 潘蘭蘭
【申請人】江蘇大學