[发明专利]以铁－铝金属间化合物为主粘结相的硬质合金及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硬质合金材料及其制备方法，特别是一种通过粉末冶金的技术制备以碳化物为基体、铁－铝金属间化合物为主粘结相的增韧增强的硬质合金及其方法。

背景技术

碳化钨硬质合金由于其高强度、高硬度、高耐磨性和高红硬性，被广泛地用作切削刀具、矿山工具和耐磨零件等。现有的碳化钨硬质合金材料主要是由基体碳化钨和粘结相钴金属组成。由于钴对碳化钨的润湿性好使其室温综合力学性能好，但钴属于战略资源，价格较为昂贵，且其高温耐磨性、高温抗氧化性和抗腐蚀性能均相对较低，在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。而金属间化合物原子的长程有序排列和原子间金属键与共价键共存的特性，使其在抗高温氧化、抗腐蚀等方面具有独特的优异性，如FeAl、Fe₃Al金属间化合物的在耐硫蚀、抗氧化及耐磨损等方面表现优越，其弱铁磁性，适合于恶劣的工作环境，且其突出优点是成本低。

目前制备以FeAl、Fe₃Al金属间化合物为粘结相的硬质合金的方法主要有：

1、液相烧结法，即将FeAl、Fe₃Al金属间化合物预合金粉末和碳化物粉末混合均匀后在一定的温度下烧结，使金属间化合物达到熔融状态，冷却形成复合物。通常对粉末原料采用球磨混合后，制成混合料，然后压制成所需形状的压坯，在烧结炉内进行气氛液相烧结而成。液相烧结法虽具有操作简单，容易实现产业化生产的特点，但要求金属间化合物对硬质相有很好的润湿性和溶解度，而FeAl、Fe₃Al金属间化合物对于WC润湿性较钴差。同时，金属间化合物预合金粉末一般是采用Fe和Al按一定成分比例熔炼后通过惰性气体雾化成粉末的方法制备，制备的预合金粉末往往较粗大，容易引起合金中的微观组织的不均匀和产生孔洞而影响力学性能，同时由于金属间化合物的本征的脆性，其合金的室温力学性能低，强度和韧性较低，容易发生脆断，影响其应用范围；

 2、机械合金化方法+快速烧结工艺，即将不同的粉末在高能球磨机中球磨，粉末经磨球的碰撞、挤压、重复地发生变形、断裂、焊合、原子间相互反应而在基体内部原位生成金属间化合物相，然后采用快速烧结制备成复合物。这种方法影响因素比较多，例如球磨类型、时间、介质、过程控制剂等参数，操作复杂，不适合产业化生产。

发明内容

本发明针对上述不足，提供一种以铁－铝金属间化合物为主粘结相的硬质合，其组织结构均匀、合金的致密化高、强度高、耐磨性好、抗高温氧化性和抗硫蚀性优异，同时还提供了该硬质合金的制备方法，工艺简单、易于控制，避免了单纯添加铁－铝金属间化合物预合金粉末，而其粒度粗大造成后续液相烧结过程中孔洞和“金属池”的产生，适合产业化生产。

本发明的以铁－铝金属间化合物FeAl或Fe₃Al为主粘结相的硬质合金，硬质相为碳化钨和/或碳化钛、Cr₃C₂，硬质相总体积百分比为60%～90%；以FeAl为主粘结相的硬质合金其硬质相中碳化钨和/或碳化钛体积百分比为该硬质合金的58.00%~89.59%，余量为Cr₃C₂；以Fe₃Al为主粘结相的硬质合金其硬质相中碳化钨和/或碳化钛体积百分比为该硬质合金的57.84%~89.52%，余量为Cr₃C₂；粘结相总体积百分比为10%～40%，其中主粘结相FeAl或Fe₃Al体积百分比为粘结相的50%～90%，次粘结相为钴，其体积百分比为粘结相的10%～50%。

作为改进，硬质相总体积百分比为60%～80%；以FeAl为主粘结相的硬质合金其硬质相中碳化钨和/或碳化钛的体积百分比为该硬质合金的58.19%～79.09%，余量为Cr3C2；以Fe3Al为主粘结相的硬质合金其硬质相中碳化钨和/或碳化钛体积百分比为该硬质合金的57.96%～78.98%，余量为Cr3C2；粘结相总体积百分比为20%～40%，其中主粘结相FeAl或Fe₃Al体积百分比为粘结相的70%，次粘结相钴的体积百分比为粘结相的30%。

本发明的以铁－铝金属间化合物为主粘结相的硬质合金的制备方法，依次包括以下步骤：