[发明专利]含板状碳化钨晶粒的硬质合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含板状碳化钨(WC)晶粒的硬质合金的制备方法，属碳化钨硬质合金制备工艺技术领域。

背景技术

硬质合金具有高弹性模量、高硬度，优异的热稳定性、高温抗氧化性和耐蚀性，在机加工、采矿等行业得到了广泛应用。传统硬质合金的硬度(即耐磨性)与韧性(即抗断裂性能)往往是一对矛盾。如果增加了耐磨性，则会降低抗断裂性能，相反若增加了抗断裂性能，则耐磨性又会下降。通常，人们通过改变WC的粒度、Co含量和其它碳化物的添加量来改变硬质合金的耐磨性和抗断裂性能，从而满足硬质合金在某些场合的使用。近年的研究表明，含板状碳化钨晶粒的硬质合金可以解决这一矛盾，并且它具有高韧性、高强度、高硬度、高耐磨性、高的抗塑性变形能力、高的高温硬度、高的高温疲劳强度、较好的抗高温蠕变与抗热冲击性能等独特性能。

含板状碳化钨晶粒的硬质合金之所以具有高的硬度与WC晶粒的各向异性有关。WC在微观结构上属六方晶系，具有各向异性，特别是硬度的各向异性很强，导致其不同取向和晶面的物理机械性能差别很大。如图1所示，其底面的(0001)面和棱面(1100)面的维氏硬度分别为HV＝2100和HV＝1080，前者比后者高了一倍多。由图1(a)可以看出，普通硬质合金中的WC晶粒呈三棱柱状，如果能使这种三棱柱状WC晶粒的(0001)底面择优生长为三角板状，则因具有高硬度的(0001)面WC晶粒所占的比率提高，硬质合金的硬度也就相应的得到了提高。特别是，如能使WC(0001)面晶粒定向排布，转化为具有如图1(b)所示的含板状WC晶粒定向特征的硬质合金，则这种硬质合金在垂直于(0001)面将具有异常高的硬度。此外，这种硬质合金还具有高的韧性。这是因为当微裂纹绕过或穿过板状WC晶粒时都需要消耗很大的断裂能，从而阻碍了微细裂纹的进一步扩展，提高了断裂韧性。因此，制备含板状WC晶粒的硬质合金可以同时提高硬度和韧性。

目前制备含板状WC晶粒的硬质合金的方法有：(1)通过高能球磨的方法获得超细WC粉，通过在烧结过程中使WC晶粒产生异常长大成为板状，结合热压烧结工艺使WC定向。(2)使用(W/Ti/Ta)C固溶体为原料，并使其中所含的WC处于过饱和状态，在加热烧结时WC将从过饱和固溶体中析出，结晶为板状WC。(3)在硬质合金粉中添加适量的某些物质，如TiC，可以使WC的晶粒形状向板状发展。(4)通过球磨使球状的W变成板状，然后在单轴向压力作用下使板状的W定向，随后在烧结阶段由于W、C、Co反应形成定向的板状WC晶粒。(5)与第四种方法类似，原始粉料换用Co_xW_yC_z+C来制备。上述方法中前四种方法存在着板状WC的数量和尺寸难以控制，板状晶粒比例少等缺点，使得硬质合金的各项性能，尤其是硬度、耐磨性、强度、韧性和抗断裂性能不能得到有效提高。而第(5)方法由于采用的原始粉体不是WC，可能因碳含量的少量波动损害硬质合金的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种含板状碳化钨(WC)晶粒的硬质合金的制备方法，本发明的特点是通过加入板状WC晶种晶粒，使硬质合金在烧结过程中由于细小WC晶粒的溶解及随后在板状WC晶种表面析出，来制备含板状WC晶粒的硬质合金。

本发明一种含板状碳化钨晶粒的硬质合金的制备过程中，所采用的作为晶种的板状碳化钨单晶颗粒的制备方法，本发明人已就该方法申请并获得了中国专利，该专利文件的专利号为ZL200310108888.2，发明名称为“制备板状碳化钨单晶颗粒的方法”。

本发明一种含板状碳化钨晶粒的硬质合金的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：

A.首先制备作为晶种的板状碳化钨单晶颗粒：采用纯度为99.5％的WO₃和光谱纯的C作为原料，两者以摩尔比1∶4进行配料，即WO₃∶C＝1∶4；将其混合后，按盐料比1∶1～2∶1加入NaCl或KCl盐，并以无水乙醇为分散介质，再进行混合；然后烘干、过筛；将上述混合均匀的原料装入坩埚中，在氩气气氛中于800～1300℃温度下焙烧，并在该温度下保温1～4小时；焙烧后的产物随炉冷却至室温；然后用蒸馏水多次漂洗合成产物，去除残留的熔盐颗粒，烘干后即得板状碳化钨单晶颗粒；