[发明专利]一种WC-增韧增强Ni3Al硬质合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及塑性成形技术及粉末冶金技术，具体是指一种以增韧增强Ni3Al为粘结相的碳化钨(WC)材料即WC-增韧增强Ni₃Al硬质合金及其制备方法。

背景技术

碳化钨硬质合金由于其高硬度、高耐磨性和高红硬性，被广泛地用作微型钻头、打印针头、精密工模具和特殊刀具。现有的碳化钨硬质合金材料，主要由基体碳化钨和粘结相钴等组成，然而由于钴价格较为昂贵，而且其高温强度、高温蠕变抗力和耐腐蚀性能均相对较低，一定程度上限制了以钴作为粘结相的碳化钨硬质合金的应用；而且其主要制备方法是：预成形后采用辐射加热烧结、热等静压烧结等方法进行烧结，而这些烧结方法的烧结时间较长，易使碳化钨晶粒长大，从而削弱烧结态合金的性能。

梅炳初等于1996年第18卷第1期《武汉工业大学学报》上发表的文章“Ni₃Al的有序性、脆性及塑性”和陈金栌等于2006年第20卷第1期《材料导报》上发表的文章“Ni₃Al基合金的研究与应用进展”中指出Ni₃Al金属间化合物不仅具有室温下的高硬、高强和优异的耐腐蚀性能，而且具有优异的高温强度和高温蠕变抗力，更重要的是具有在800～1000℃之间屈服强度随温度的升高而升高的“R”型反常屈服强度现象。陈国良等于1999年冶金工业出版社出版的《有序金属间化合物结构材料物理金属学基础》中指出，添加适量的一些合金元素可以提高Ni₃Al的性能：添加铁元素可以代替部分镍，改善Ni₃Al的力学和耐蚀性能；添加铬元素可以提高Ni₃Al的抗氧化性，从而降低其中温脆性；添加硼和锆可以改善Ni₃Al的室温塑性和韧性。郑志等于1992年第S1期《材料工程》上发表的文章“锆对无硼Ni₃Al合金组织性能的影响”中指出锆不仅可以明显提高无硼Ni₃Al在室温和高温的屈服强度，还可以使Ni₃Al屈服强度的反常峰值温度增加。虽然有关研究已表明，通过合理添加铁、铬、锆、硼等多种合金元素可增韧和增强Ni₃Al，但是目前尚未见任何有关将增韧增强Ni₃Al代替传统粘结相钴用作碳化钨粘结相的报道。如果要充分发挥以增韧增强Ni₃Al为粘结相的碳化钨硬质合金的性能优势，使碳化钨硬质合金具有比目前常用的碳化钨-钴硬质合金更为优异的综合性能，尤其是优异的高温硬度和强度；直至其以良好的性价比进行产业化，则需要艰苦深入地摸索、合理设计和优化硬质合金材料的成分配方和相应的制备工艺。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种以增韧增强Ni₃Al金属间化合物代替传统的钴作为粘结相的WC-增韧增强Ni₃Al硬质合金材料。

本发明的另一个目的还在于通过合理的成分设计和优化制备工艺相结合，提供一种能进一步改善材料的综合性能、工艺简便、生产成本相对低的WC-增韧增强Ni₃Al硬质合金材料的制备方法。

本发明的目的可以通过如下措施来实现：

一种WC-增韧增强Ni₃Al硬质合金的配比中以增韧增强Ni₃Al金属间化合物代替传统粘结相钴，其组分及其质量百分比含量如下：WC89.00～94.00％，增韧增强Ni₃Al 6.00～11.00％，其余为不可避免的微量杂质。

为更好地实现本发明，所述增韧增强Ni₃Al组分及其质量百分比含量为：Ni 68.90～70.20％，Al 10.00～11.00％，Fe 10.40～10.90％，Cr 7.90～8.30％，Zr0.80～1.00％，B 0.20～0.40％。

上述的这种WC-增韧增强Ni₃Al硬质合金的制备方法包括如下步骤：

步骤一：碳化钨(WC)基硬质合金粉末的的成分设计

将WC、Ni、Al、Fe、Cr、Zr和B粉末按下述质量百分比用量进行配比：WC 89.00～94.00％、Ni 4.13～7.72％、Al 0.60～1.21％、Fe 0.63～1.20％、Cr0.48～0.91％、Zr 0.05～0.11％、B 0.01～0.04％，其余为不可避免的微量杂质；

步骤二：高能球磨