[发明专利]高抗弯强度纳米WC-Co合金粉末以及WC-Co合金制品的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及硬质合金材料技术领域，特指一种高抗弯强度纳米WC-Co合金粉末的制备方法以及WC-Co合金制品的制备方法。

背景技术：

硬质合金是以WC、TiC或二者形成复式碳化物为硬质相，以Co为粘结相，通过粉末冶金工艺高温液相烧结而成的一种合金材料。硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。

制造硬质合金时，选用原料粉末粒度在1～2微米之间，且纯度很高。原料按规定组成比例进行配料，加进酒精或其他介质在湿式球磨机中湿磨，使它们充分混合、粉碎，经干燥、过筛后加入蜡或胶等一类的成型剂，再经过干燥、过筛制得混合料。把混合料制粒、压型，加热到接近粘结金属熔点（1300～1500℃）的时候，硬化相与粘结金属便形成共晶合金。经过冷却，硬化相分布在粘结金属组成的网格里，彼此紧密地联系在一起，形成一个牢固的整体。硬质合金的硬度取决于硬化相含量和晶粒粒度，即硬化相含量越高、晶粒越细，则硬度也越大。结温度降低硬质合金的韧性由粘结金属决定，粘结金属含量越高，抗弯强度越大。

WC-Co硬质合金传统的制备方法是通过W粉和C粉在1400～1600固相反应生成WC，然后与Co粉混合球磨、冷压成型，最后经液相烧结致密化。这种制备方法得到的合金晶粒一般在1um～10um，存在脆性大、加工软化等问题。调整WC/Co组分虽可改善最终零件的某些性能，例如增加WC含量会提高零件的硬度增加耐磨性和耐蚀性；增加Co含量可提高强度韧性和改善加工性能。然而长期以来一直难以在提高硬度的同时，提高强度和韧性。

硬质合金目前从传统型向超细、纳米级的转化已经成为其发展趋势，在过去的十几年中，在高性能硬质合金领域，超细硬质合金和纳米级硬质合金的研究一直是一个热点问题。然而过分追求制备纳米或超细硬质合金，使成本急剧提高，取得的效果并不是非常的明显，而且用粉末冶金这种传统工艺生产硬质合金难以控制烧结过程中的晶粒长大，致使获得细小晶粒的硬质合金非常困难。

目前，硬质合金大型复杂异性制品的生产工艺主要有两种：

一种是将混合料压制，包括模压及冷等静压成型，再经过烧结，生产出硬质合金毛坯，烧结后加工余量特别大，并且加工难度大，耗时长，极不经济；另一种是将混合料装在石墨模具中，压制和烧结一次完成的热压工艺。热压工艺的特点是制品密度高、性能好、压制压力小、能生产大型制品。但是制品的形状受限制，只能制备简单形状的制品，并且该工艺只适于单件或小批量生产，生产率低、成本高。注射成形作为一种近净成形工艺在小尺寸复杂形状硬质合金部件的制备方面得到了广泛应用，但注射成形技术存在着很多缺点，例如脱胶工艺繁琐，脱胶废品率高，制品强度低等，并且对设备和模具要求较高，事实证明注射成形只能制备小尺寸部件。

凝胶注模成形(gelcasting)由美国橡树岭国家实验室M.A.Janney教授等于20世纪90年代初发明，是近年倍受关注的一种复杂形状陶瓷或金属部件近净尺寸的原位凝固成形方法。凝胶注模成形技术是传统胶态成形工艺与化学理论的结合，与传统的湿法成形工艺相比，具有易成形复杂形状、大尺寸零件、模具成本低廉、成形坯体组分均匀、密度均匀、缺陷少、强度高、不需专门的脱脂工序、适用于多种金属粉末等独特优势，更为重要的是凝胶注模成形的坯体能够进行普通的车削加工，最大限度地减少了最终制品的精加工量，为金属制品的精密成形制备提供了一种低成本、高可靠性的工艺手段。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种高抗弯强度纳米WC-Co合金粉末的制备方法以及WC-Co合金的制备方法。

本发明实现其目的采用的技术方案是：一种高抗弯强度纳米WC-Co合金粉末的制备方法，该方法是：在真空条件下，将原始WC、Co粉按照硬质合金的成分比进行配料，以酒精作为球磨液体介质，以氩气作为球磨时的保护气体，采用硬质合金研磨球进行球磨制备，且在研磨过程中添加纳米稀土氧化物；后经干燥、过筛获得高抗弯强度纳米WC-Co硬质合金粉末。

该方法中，纳米稀土氧化物的重量为WC、Co粉重量的1%。

该方法中，加入的酒精与原始WC、Co粉的液固比（即酒精的重量与WC、Co粉的重量之比）为1:1。

该方法中，研磨的球料比（即研磨球的重量与WC、Co粉的重量之比）为10:1-12:1。

该方法中，球磨的转速为180r/min-200r/min，球磨时间为24h-48h。