[发明专利]含稀土元素的超细晶WC-Co硬质合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于硬质合金制备技术领域，特别涉及含稀土元素的超细晶WC-Co硬质合金及其制备方法。 

背景技术

在用PCB微钻、铣刀、整体钻头等WC-Co硬质合金旋转切削刀具对集成电路、微机电系统，航空航天、汽车和工模具等制造业中的高温合金、钛合金、复合材料、各种热喷涂(焊)材料、淬火钢、高合金铸钢等难加工材料进行精密加工时，除要求WC-Co硬质合金刀具有保持“尖角”锋利的高硬度和耐磨性外，还要求其有优异的强韧性，使刀具在切削过程中的耐冲击、抗刀具“尖角”崩刃性能佳，从而减少刀具的损耗，提高切削刀具使用寿命的可靠度，满足精密切削加工高一致性的要求。在同时具备高强度和高硬度方面，普通微米级硬质合金和亚微米晶粒的WC-Co硬质合金已不能满足现代精密制造业的需求。从Hall-Petch关系出发，组织结构进一步细化是提高“双高特性”的有效途径：当WC-Co硬质合金中WC硬质相的平均尺寸≤0.5μm时，Co粘结相进入纳米尺度；合金的抗弯强度、硬度和耐磨性大幅度增加，切削刀具的耐用度显著提高；在上述应用领域显现出明显优势。 

目前的生产条件下，有两个制备超细晶WC-Co硬质合金的技术难点亟待解决：其一是随粉末原料的细化，其表面的氧、氮、硫等杂质含量增多且随环境、储存时间等多种影响因素波动，使烧结过程中通过碳氧反应脱氧控碳复杂化，合金性能难以稳定；其二是超细粉体的烧结驱动力增大、烧结活化能降低、烧结时 难以有效抑制WC晶粒的长大，存在WC晶粒“局部疯长”现象。而稀土元素化学活性较高，烧结时极易同硬质合金坯体中的气体等杂质作用生成稳定的细小弥散的稀土化合物；由于原子尺寸因素和特殊价电子结构，稀土易优先在WC/Co界面偏聚从而减缓WC的溶解析出和晶界迁移长大。添加稀土可为解决超细晶WC-Co硬质合金烧结面临的技术难题发挥作用。 

国内外与本发明相关的专利主要集中在超细晶WC-Co硬质合金的粉末原料和低氧混合料制备、Co-Ru/Co-Al合金化粘结相、添加VC、Cr₃C₂、TaC抑制WC晶粒生长以及微波烧结(MS)、放电等离子烧结(SPS)等各种外场作用下的活化烧结方法等方面；含稀土元素的WC-Co硬质合金发明专利则集中于微米级普通WC-Co硬质合金。中国发明专利CN1116248“含稀土及其氧化物的碳化钨基硬质合金”涉及一种微米级碳化钨基硬质合金，主要适用于制造合成金刚石用的顶锤，该发明合金中稀土的加入可促进烧结过程，净化合金晶界，而稀土氧化物则阻止了WC晶粒长大和Co粘结相由面心立方结构向密排六方结构的相转变，并进一步增强了Cr、W、Nb、Ta等强化Co相的作用。中国发明专利CN1277266“一种含稀土氧化物的硬质合金”的稀土氧化物的添加量按重量计为粘结剂含量的0.01-3％，其WC粒度在10微米以下。未见在制备WC晶粒度≤0.5μm的超细晶WC-Co硬质合金的工艺过程中单独添加RE或复合添加VC/RE、Cr₃C₂/RE或VC/Cr₃C₂/RE的专利报道。 

发明内容

本发明的目的是提供含稀土元素的超细晶WC-Co硬质合金及其制备方法。 

含稀土元素的超细晶WC-Co硬质合金，其特征在于，硬质合金组分为：WC硬质相、Co粘结相、稀土添加剂和晶粒生长抑制剂，WC硬质相的重量占硬质合金的85～94％，Co粘结相的重量占硬质合金的5～14％，晶粒生长抑制剂的重量占 硬质合金的0.3～2.0％，稀土添加剂中稀土金属元素的重量占Co粘结相的0.2～1.2％。 

所述稀土添加剂为Ce、Y、Sm、Nd、La中的一种或几种，以溶液共沉淀-氢还原法获得的Co-RE复合粉体形式加入，或者为CeO₂、Y₂O₃、Sm₂O₃、Nd₂O₃或La₂O₃中的一种或几种。 

所述CeO₂、Y₂O₃、Sm₂O₃、Nd₂O₃或La₂O₃粒度小于100nm，纯度≥99.9％。