[发明专利]一种微波烧结制备纳米稀土改性钢结硬质合金的方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种制备硬质合金的方法，尤其涉及一种微波烧结制备纳米稀土改性钢结硬质合金的方法。

背景技术

钢结硬质合金最早出现于二十世纪六十年代初期的美国。它是在合金钢的基础上均匀分布30-50%硬质颗粒，经过烧结而成，因而既具有像硬质合金那样的高硬度、高强度、高耐磨性，又具有合金钢的可冷热加工性能。近年来，钢结硬质合金作为一种新型工模具材料得到发展，同时它还可用作耐磨零件、机械零件和刃具等。目前，国产钢结硬质合金在生产应用上还很受限制，主要原因是受到制作该合金工艺的限制，因而产品稳定性差、耐用度不高。但是，钢基体的多样性和较低的价格也使得钢结硬质合金在航空和汽车工业中的应用日益受到重视。

TiB₂粉末是灰色或灰黑色的，具有六方(AlB2)的晶体结构。它的熔点是2980℃，有很高的硬度。二硼化钛在空气中抗氧化温度可达1000℃，在HCl和HF酸中稳定。二硼化钛主要用于制备复合陶瓷制品。由于其可抗熔融金属的腐蚀，可用于熔融金属坩锅和电解池电极的制造。TiB₂钢结硬质合金是TiB₂颗粒为硬质相，以钢作为粘结相，经粉末冶金方法制备而成的一类新型工程材料，最适宜在重载荷与高摩擦磨损的环境下工作，因此要求高强度、高耐磨性及足够的韧性。

微波烧结是利用微波电磁场中材料的介质损耗使材料整体加热至烧结温度而实现烧结和致密化。与常规烧结相比具有很多优点，如烧结温度低、加热速度快、获得的材料致密性好等，同时微波烧结加速了材料的传质过程，从而能获得细晶粒材料，微波烧结技术因而被誉为“烧结技术的革命”，具有巨大发展潜力和研究价值。目前，有关微波烧结制备陶瓷材料研究报道很多，并且国内外微波烧结主要用于对陶瓷材料的烧结(如TiO₂、Al₂O₃等陶瓷烧结)，而微波烧结制备金属材料的研究尚处于探索阶段，如美国宾夕法尼亚州立大学的Dinesh Agrawal教授对纳米WC-Co进行了微波烧结研究，国内也只有中南大学和武汉理工大学这两所大学对微波烧结制备硬质合金有过研究报道，且都集中在WC-Co硬质合金的微波烧结研究，而微波烧结制备纳米稀土改性钢结硬质合金研究国内外未见报道。为此，本发明以TiB₂颗粒为增强相，铁粉为基体，纳米Y₂O₃掺杂改性，通过球磨、压制成型，用微波烧结技术制备纳米稀土改性钢结硬质合金。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种微波烧结制备纳米稀土改性钢结硬质合金的方法，微波烧结方法操作方便、烧结周期短、能源消耗少的，并且获得致密度高，晶粒细小，组织均匀，力学性能好的TiB₂钢结硬质合金。

本发明是这样来实现的，包括下述步骤：

步骤一：配料，将纯度大于99.99%、粒度小于50 nm的纳米Y₂O₃，纯度大于99.7%、粒度小于3.0μm的TiB₂粉，纯度大于99%、粒度小于38μm还原铁粉，纯度大于99. 5%、粒度小于3μm的羰基铁粉，Cr粉，Ni粉，石墨粉按一定质量百分比配料；

步骤二：球磨混合，将配好的粉料放入球磨罐中进行球磨；

步骤三：压制成型，将混合好的粉料在一定压力下制成压坯；

步骤四：微波烧结前，将所得压坯及微波辅助加热材料放置于多晶莫来石纤维保温桶内，将保温桶放入微波烧结炉中；

步骤五：微波烧结，炉腔内真空度抽至低于0.5 Pa后，并充入高纯氩气保护，控制微波烧结炉的输出功率，以一定的升温速度、烧结温度、保温时间进行烧结，冷却后即获得理想的钢结硬质合金。

所述步骤一所述配料质量百分比为0 ~ 40%TiB₂、0 ~ 1.0% Y₂O₃、1.5%Cr、1.5%Ni、0.6%C、Fe余量；余量Fe由为质量分数70%还原铁粉和30%羰基铁粉组成。

所述步骤二所述球磨装置为不锈钢球磨罐，球磨介质为无水酒精或丙酮，球料比6:1，转速150 ~ 300 r/min，时间6 ~12 h。

所述步骤三所述压制成型压力为200 ~ 500 MPa。

所述步骤四所述多晶莫来石纤维保温桶起保温作用，微波辅助加热材料为绿色SiC粉，加入量为100 ~ 300 g。