[发明专利]一种WCoB基金属陶瓷的制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属陶瓷的制备技术，特别涉及一种由硬质相(体积百分数约为60％-80％)和粘结相组成的金属陶瓷制备方法。

背景技术

当前，广泛使用的WC-Co金属陶瓷(亦称硬质合金)，在温度达到800℃时，其力学性能急剧下降，从而使材料的硬度迅速下降，因此在温度高于800℃的工作环境下，不能采用WC-Co金属陶瓷材料，另一方面，由于WC-Co使用了大量的贵金属W使其价格昂贵，因此所制备产品成本较高。国内外研究者或生产者试图寻找一种不仅适用高温磨损环境工况，且具有低成本优势的一类新型金属陶瓷。

WCoB基金属陶瓷(由硬质相WCoB和粘结相Co组成)不仅具有优异的综合性能，而且可在耐磨、高温腐蚀等领域进行应用，如切削刀具、岩石钻探、牙齿修复、矿石破碎机械等领域，是金属加工、矿山开釆、石油钻探、国防工业等不可缺少的重要工具材料之一。与传统用Wo-WC硬质合金相比，WCoB基金属陶瓷具有明显的性价比优势，因此，是替代Wo-WC金属陶瓷的理想材料。

关于WCoB基金属陶瓷的制备方法，中国专利CN101701311A提供了一种方案：采用TiB₂粉、WC粉和Co粉为三元原材料并加入球磨介质进行湿磨混合(球磨时间为10-100小时)，然后外加混合料成型剂，再在球磨机中混合1-30小时，经造粒得到所需混合粉体，粉末经压制成型后在1250-1500℃烧结1-10小时，即可得到WCoB基金属陶瓷材料。首先，该方法所需原材料为三种组元，显然对粉体的混合均匀度有着严格的要求，否则在烧结过程中组元间无法扩散均匀，从而得不到合格的WCoB基金属陶瓷材料，还有所使用的三种原材料价格均较高会使制备成本明显增加。其次、该方法需要两个阶段的球磨处理显然制备周期明显增加，不利于大批量产业化推广使用。第三、该方法需要加入过程控制剂且还需造粒处理，同样会增加制备周期。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生产周期短且工艺较简单的WCoB基金属陶瓷的制备方法。

为了达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种WCoB基金属陶瓷的制备工艺，其特征在于，包括下述步骤：

(1)选用纯度不低于99％的Co₃B粉和W粉为原料，按重量比Co₃B：W＝(0.4-0.6)：(0.6-0.4)，加入混合粉体重量10-30％的无水乙醇，称重后装入球磨罐中并抽真空及充氩气；

(2)将球磨罐放入球磨机球磨时间15-35小时,取出混合粉体直接充填到金属模具中，在200-300MPa下模压成型；

(3)将模压成型的坯体放入真空等离子活化烧结炉中进行烧结，真空度为10^-1Pa，烧结温度为1100℃～1450℃，保温10-25分钟，随炉冷却，得到WCoB基金属陶瓷。

上述工艺中，所述Co₃B粉、W粉的粒度均≤200μm。所述真空球磨的真空度为10^-1Pa。

所述步骤(3)烧结工序中的升温速度为5℃-10℃/秒。

本发明制备工艺简单，成本低廉；所制备的WCoB基金属陶瓷主要力学性能指标良好(最高抗弯强度达1670MPa，最高硬度达92.3HRA)。适用磨损、高温腐蚀等严酷工况。

附图说明

图1为本发明实施例1所制得的WCoB基金属陶瓷断口形貌SEM照片。

具体实施方式

实施例1

首先，原材料选择Co₃B粉(纯度和粒度分别为：99％和200μm)和W粉(纯度和粒度分别为：99％和200μm)，重量比控制在0.4：0.6，并加入混合粉体总重量10％的过程控制剂无水乙醇，称重后装入不锈钢球磨罐中并进行抽真空(真空度为10^-1Pa)并充氩气。

然后，将球磨罐放入球磨机中开机转动，在球磨15小时后，随罐体一同冷却至室温，打开罐体将Co₃B粉和W粉混合体充填到金属模具中(无需烘干)，在200MPa下模压成型。