[发明专利]一种钴包覆型钛硬质合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于合金技术领域，特别涉及一种具有可塑性、机械性能强同时具备较好强度和韧性的钴包覆型钛硬质合金材料及其制备方法。

背景技术

纯钛机械性能强，可塑性好，易于加工，如有杂质，特别是O、N、C提高钛的强度和硬度，但会降低其塑性，增加脆性。同时，钛是容易钝化的金属，且在含氧环境中，其钝化膜在受到破坏后还能自行愈合。因此，钛和钛合金有优异的耐蚀性，特别是性能稳定，远优于不锈钢。

液态的钛几乎能溶解所有的金属，形成固溶体或金属化合物等各种合金。合金元素如Al、V、Zr、Sn、Si、Mo和Mn等的加入，可改善钛的性能，以适应不同的需要。

鉴于钛及钛合金优异的性能，钛享有“未来的金属”的美称，钛合金已广泛用于国民经济各部门。

申请号为201310251700.3的专利文献“一种钛合金”，公开了一种钛合金，所述合金的组成为(以重量％计)：0.25％至0.29％的碳；0.10％至1.20％的锰；0.09％至0.13％的磷；0.10％至0.19％的碲；0.60％至1.00％的锑；≤0.09％的铝；≤0.01％的氮；0.45％至0.83％的铬；0.04％至0.07％的铌；≤0.50％的铜；0.25％至0.70％的镧；0.2％至2.00％的铈；0.2％至0.4％的钒；0.0075％至0.0095％的钨；0.010％至0.050％的钛：其余为铁和不可避免的杂质。由此可知，该钛合金的组分较多，范围包括到金属和少量非金属，其中钛的含量较低，0.010％-0.050％的钛并不能发挥钛的优异性能，因此，该合金并不是“钛合金”，而是一种多金属合金，其性能主要是通过添加的多种金属来实现，并没有体现钛的优良性能。

申请号为201310195627.2的专利文献“一种碳化钒钛基硬质合金”，公开了一种含钛硬质合金，该合金由以下重量百分数的原料组成：该硬质合金所含元素及各元素的质量百分比分别为：V，其含量为39.06-43.65％；Ti，其含量为36.75-41.08％；Fe，其含量为0.5％-5％；C，其含量为9.19-10.27％；余量是钴和杂质。该技术方案中为弥补钴粘结碳化钨硬质合金的不足，以碳化钒钛代替碳化钨，所以碳化钒钛基硬质合金弥补了钴粘结碳化钨硬质合金的不足，且经济上更优越，但虽然具有一定的机械性能，但是硬度和拉伸强度没有提高，所以这个硬质合金的硬度和强度均较低。

发明内容

本发明解决的技术问题：针对现有技术的缺陷，克服现有技术的不足，本发明提供一种钴包覆型钛硬质合金材料及其制备方法。

本发明的技术方案：一种钴包覆型钛硬质合金材料，硬质合金材料中，主要成分为碳化钛、碳化铝、碳化硅、碳化铌和包覆的金属钴，其中钛、铝、硅和铌在材料中的物质的量比为：1：0.05-0.15：0.06-0.18：0.03-0.09；

包覆层为金属钴纳米粒子层，厚度为50-200nm。

作为优选，材料中钛和铝的物质的量比为1:0.8-0.12。

作为优选，材料中钛和铌的物质的量比为1:0.05。

作为优选，金属钴纳米粒子层，厚度为70-120nm。

一种钴包覆型钛硬质合金材料的制备方法，制备步骤如下：

(1)根据物质的量比称取钛、铝、硅和铌的氧化物，混合均匀；

(2)将混合料放入高温碳化炉中进行碳化，温度1800℃-2300℃，时间1-3h；

(3)碳化结束后，待冷却至室温，将混合料取出，放入研磨机研磨至粉料；

(4)将粉料放入化学气相沉积反应室，抽真空至10-100Pa，预热至600-800℃，以二茂钴为前驱体，控制原料的蒸发温度为130-160℃，通入氩气，反应室旋转速率为30-60r/min，反应时间30-60min，反应结束后，待冷却至室温，取出；

(5)将包覆后的粉体混合均匀后放入模具进行高温煅烧，温度8000-1200℃，时间1-3h，待冷却至室温，取出，即得到钴包覆型钛硬质合金材料。

作为优选，步骤(3)得到的粉料的平均粒径为0.1-10um。

作为优选，步骤(4)化学气相沉积反应中通入的氩气的气体流量为10-50sccm。

作为优选，称取碳化钛、碳化铝、碳化硅和碳化铌粉料，放入球磨机，混合均匀后进行步骤(4)和步骤(5)，得到钴包覆型钛硬质合金材料。