[发明专利]一种无粘结相碳化钨硬质合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于硬质合金技术领域，尤其涉及一种无粘结相碳化钨硬质合金及其制备方法。

背景技术

随着世界经济的发展，工业技术的不断革新，各个领域内对机械加工的要求日益提高，作为机械加工工具主要材质之一的硬质合金，业内一直广泛关注与其相关的研究课题和改进项目。

硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。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℃时依然具有有很高的硬度，因而被誉为“工业牙齿”。在现代工业生产中，硬质合金用作刀具材料，用于切削铸铁、有色金属、塑料、化纤、石墨、玻璃、石材和普通钢材，也可以用来切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等难加工的材料，或用于制造钴具和耐磨零部件，广泛的应用于军工、航天航空、机械加工、冶金、石油钻井、矿山工具、电子通讯、建筑等各个领域。因而硬质合金市场需求不断加大。并且未来高新技术武器装备制造、尖端科学技术的进步以及核能源的快速发展，将大力提高对高技术含量和高质量稳定性的硬质合金产品的需求。

在众多硬质合金中，碳化钨（WC）材料以其优异的高硬度、高耐磨、高化学稳定性、耐高温等综合性能成为目前应用领域最广、应用量最大的机械加工工具材料，被广泛地应用于车、刨、铣、铰、镗、钻、磨削工具和各种模具。此外，它在航空航天和军工领域中也有重要应用，例如WC可用于飞行器的发动机及机身组成元件的涂层材料、喷嘴材料和子母弹体材料等。

硬质合金碳化钨的制备方法主要是以碳化钨的微米级粉末为主要材料，以钴（Co）或镍（Ni）、钼（Mo）为粘结相，在真空炉或氢气还原炉中烧结而成的，粘结相的主要作用是将难熔的碳化物颗粒粘结在一起，促进烧结致密化，提高材料的强度。但是额外添加粘结相，不仅降低了材料的硬度、耐腐蚀性、耐氧化性等，还会因为碳化钨和粘结相的热膨胀系数不同，而在材料内部产生热应力。同时，高温下金属粘结相会发生软化，影响硬质合金性能的缺陷。可是碳化钨硬质合金具有熔点高、耐高温等性能，一般的粉末冶金方法不难以制备硬质合金碳化钨，尤其是高致密的无粘结相型的碳化钨。

现有技术中，通常采用热压烧结法（HP）或是放电等离子体热压烧结法（SPS）制备无粘结相的碳化钨，如专利CN1609053A公开了一种无粘结相超细纯碳化钨的烧结方法，以惰性气体保存的无粘结相的超细纯WC粉为原材料，在模具中压实后，采用SPS放电等离子烧结装置烧结，从而得到无粘结相超细纯碳化钨烧结体。但是上述方法也存在工艺复杂，要求使用特殊设备的问题。

因此，要找到一种简单而且不掺杂粘结相的碳化钨硬质合金的制备方法一直是业内研究人员关注的焦点。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种无粘结相碳化钨硬质合金及其制备方法，本发明提供的制备无粘结相碳化钨硬质合金的方法工艺简单，操作方便，而且不需要额外添加粘结剂。

本发明提供了一种无粘结相碳化钨硬质合金的制备方法，包括以下步骤：

A）在保护气体或真空氛围下，将钨和碳混合后进行高能球磨，得到混合物；

B）在保护气体或真空氛围下，将上述步骤A）得到的混合物进行烧结得到无粘结相碳化钨硬质合金。

优选的，所述混合物的粒度为8～50nm。

优选的，所述烧结为无粘结相的反应烧结。

优选的，所述高能球磨的时间为2～20小时，所述高能球磨的撞击频率为900～1500转/分。

优选的，所述钨和碳的摩尔比为1：（1.0～1.02）。

优选的，所述钨的粒度为0.5～2.0μm，纯度大于等于99.5%；所述碳的粒度为1.0～4.0μm，纯度大于等于99.5%。

优选的，所述烧结的温度为1200～1600℃，烧结的时间为20～150分钟，烧结的压力为0～40MPa。

优选的，所述步骤B）具体为：

B1）在保护气体或真空氛围下，将上述步骤A）得到的混合物进行预压制，得到混合物坯体；

B2）将步骤B1）得到的混合物胚体在模具中进行烧结得到无粘结相碳化钨硬质合金。

优选的，所述预压制为冷压，所述冷压的压力为200～400MPa。

本发明提供了一种无粘结相碳化钨硬质合金，其特征在于，由钨和碳混合经高能球磨后烧结得到。