[发明专利]一种硬质合金用稀土添加剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于硬质合金材料制备领域，特别涉及一种硬质合金用稀土添加剂及其制备方法。

背景技术

传统的硬质合金、Ti(C，N)基金属陶瓷材料制备过程中，容易出现润湿性差、晶粒长大等问题而恶化材料机械性能。稀土添加剂能抑制WC-Co硬质合金、Ti(C，N)基金属陶瓷材料的粘结相中α-Co向ε-C o的马氏体转变，固溶强化粘结相，改善粘结相对碳化物相的润湿性，细化硬质相组织、净化晶界、相界，从而大幅度改善硬质合金、Ti(C，N)基金属陶瓷材料的机械力学性能。但是，由于稀土活性高，其添加形态与方式尤为关键，以单质的形式添加容易氧化，而以氧化物的形式添加又不能完全发挥出应有的效果。继后发展了稀土-钴、稀土-硬质相合金粉、稀土氢化物、稀土氮化物等系列添加形态与方式，其中尤以稀土-钴固溶体的形式添加，在硬质合金、Ti(C，N)基金属陶瓷材料中能获得良好应用效果。但是，现有的稀土-钴固溶体，组成单一，通常采用熔炼加机械破碎的方式来制备，由于熔炼后的稀土-钴固溶体铸锭中往往存在成分偏析，且钴等含量高，破碎困难，因而获得稀土添加剂往往存在稀土元素分布不均，粒度粗、容易氧化等问题，这严重影响了其在硬质合金、Ti(C，N)基金属陶瓷材料应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种硬质合金用稀土添加剂及其制备方法，以解决稀土添加剂组成单一、稀土元素分布不均，粒度粗、容易氧化的问题。

本发明所述硬质合金用稀土添加剂是一种稀土-粘结相合金粉末，其粒度小于10微米，其原料的组分及各组分的重量百分数为：粘结相原料60～99％，稀土1～40％，所述粘结相原料由Co、Mn和M组成，M为Ni、Fe、Cr、V、Cu、Al中的至少一种。

本发明所述硬质合金用稀土添加剂，其粘结相原料Co、Mn、M的重量百分数如下：

Co    21～80％

Mn    0.1～12％

M     8～74％。

本发明所述硬质合金用稀土添加剂，稀土为Ce、La、Sm、Pr、Nd、Y、Er、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb、Lu、Pm中的至少一种。

本发明所述硬质合金用稀土添加剂，稀土在该稀土添加剂中的存在形式可以是稀土-氢化物、含氢稀土-粘结相合金、稀土-粘结相合金中的至少一种。

本发明所述硬质合金用稀土添加剂的制备方法，有以下两种：

1、第一种方法

此种方法的工艺步骤如下：

(1)按照上述粘结相原料和稀土及其重量百分数配料；

(2)将计量好的粘结相原料和稀土在真空熔炼炉中熔炼，浇铸成稀土-粘结相合金铸锭；

(3)将步骤(2)制备的稀土-粘结相合金铸锭粗破碎，形成小于20mm的合金块料，然后将所述合金块料在真空条件下进行均匀化退火，或在电弧重熔快淬炉中快淬形成稀土-粘结相合金薄带；

(4)将步骤(3)均匀化退火后的稀土-粘结相合金块料，或将步骤(3)快淬形成的稀土-粘结相合金薄带进行吸氢处理；

(5)将步骤(4)吸氢处理的产物在氩气保护下进行球磨破碎，即得到粒度小于10微米的硬质合金用稀土添加剂。

上述方法中，所述真空熔炼炉为真空感应熔炼炉、真空磁悬浮熔炼炉、真空电阻炉中的一种，熔炼的加料方式为：粘结相原料与稀土一起加热熔融混合，或粘结相原料熔融成液体后再加入稀土熔融混合；浇注温度为1300℃～1450℃，保温为4～10分钟。

上述方法中，合金块料均匀化退火时，真空度控制在1×10^-1Pa～1×10^-3Pa，退火温度为900～1150℃，保温时间为10～36小时；合金块料在电弧重熔快淬炉中快淬时，炉内真空度控制在1×10^-1Pa～1×10^-3Pa，在氩气保护下进行，电弧重熔快淬炉的辊轮线速度为1～40m/s。

上述方法中，吸氢处理的加热温度为100℃～900℃，氢气压力为0.1Mpa～10Mpa，保温时间为0.1小时～10小时。

2、第二种方法

此种方法的工艺步骤如下：

(1)按照上述粘结相原料和稀土及其重量百分数配料；

(2)将计量好的粘结相原料和稀土在真空熔炼炉中熔炼，浇铸成稀土-粘结相合金铸锭；

(3)将步骤(2)制备的稀土-粘结相合金铸锭粗破碎，形成小于20mm的合金块料；