[发明专利]一种超粗晶WC‑Co硬质合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于硬质合金材料制备技术领域，具体为一种超粗晶WC-Co硬质合金的制备方法。

背景技术

按照ISO4499-2，WC晶粒度≧6.0μm的硬质合金被称为超粗晶硬质合金。超粗晶硬质合金具有优异的热传导性、抗热冲击性、抗热疲劳性和高的抗弯强度，是理想的矿用、工程和模具用材料，也是硬质合金的发展方向之一。传统制备硬质合金的工艺是以碳化钨粉和钴粉为主要原料，通过配料、球磨、干燥和制粒后形成混合料，然后以一定成形工艺制备成产品生坯，进而通过烧结工艺制备成硬质合金产品。

从制备原料上，由于显微结构的延续性，通常采用细粒度的碳化钨粉制备细WC晶粒硬质合金，采用粗粒度的碳化钨粉制备粗WC晶粒硬质合金。因此，现行生产超粗晶WC-Co硬质合金的方法主要是采用超粗碳化钨粉末和钴粉为原料，通过配料、球磨、干燥、制粒后，压制并烧结成为产品。但是超粗碳化钨粉末在球磨过程中会发生破碎，粒度大幅减小，烧结过程中WC晶粒不能长大为超粗晶WC粒，即便以粒度大于20μm的碳化钨粉为原料，制备的合金晶粒度也仅为3.0-6.0μm；如果过分提高烧结温度或者延长保温时间虽然可以使WC晶粒粗化，但又会导致WC晶粒分布变宽，使硬质合金性能下降；而降低球磨强度，虽然可以使混合料中碳化钨粉末保持较大粒径，但这样获得的混合料中缺乏足够的有活性的细粉，而保留下来的较大粒径碳化钨粉也没有足够的活性，不能够在后续烧结中制备成致密的硬质合金。因此很难以超粗碳化钨粉制备超粗晶硬质合金。

从工艺上，制备超粗晶硬质合金主要是采取延长混合料球磨时间、混合料粉末复杂的预处理、复杂的WC粒度控制工艺、提高烧结温度以及延长保温时间。其中，延长混合料球磨时间易导致WC晶粒严重破碎，难以制备晶粒度大的超粗晶硬质合金，提高烧结温度或延长保温时间虽然可以使WC晶粒长粗，但容易诱发WC晶粒分布变宽，导致硬质合金力学性能下降，而上述的其它制备超粗晶硬质合金的方法工艺复杂、生产周期长、生产成本高，难以实现批量化生产。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的制备超粗晶硬质合金球磨工艺中球磨时间长、WC晶粒的破碎严重等技术的不足，提供一种超粗晶WC-Co硬质合金的制备方法，通过在原料中加入预处理的超细WC粉，钨粉及碳黑，同时对其制备的球磨及压制工艺进行改进，能够制备出平均晶粒度在5.7～6.5μm且性能优异的硬质合金。采用本发明原料及方法制备出的超粗晶硬质合金组织结构均匀，WC硬质相平均晶粒度尺寸粗大，晶粒分布窄，产品孔隙度小，致密度好，机械性能好。本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种超粗晶WC-Co硬质合金的制备方法，包括以下步骤：

1)将经过预磨的超细WC粉与超粗WC粉、Co粉、钨粉及碳黑混合得到混合料Ⅰ，并加入石蜡得到混合料Ⅱ，石蜡与混合料Ⅰ的质量百分比为1％～2.5％；

2)向上述混合料Ⅱ中加入无水酒精作为研磨介质，混合料Ⅱ与无水酒精的料液比为0.2mL/Kg～0.3mL/Kg，同时向混合料Ⅱ中加入硬质合金研磨棒，硬质合金研磨棒与混合料Ⅱ的棒料比为1.2:1～1.8:1；

3)将步骤2)制备的物质在球磨机中球磨7～13小时，然后真空干燥3～6小时制备成混合料Ⅲ，并确保混合料Ⅲ中超粗碳化钨粉的平均粒径为5.7μm～6.5μm；

4)将混合料Ⅲ经压制、烧结成超粗晶WC-Co硬质合金。

与现有的WC-Co硬质合金的原料相比，本发明在传统超粗WC粉及Co粉的基础上加入了超细WC粉，钨粉及碳黑。钨粉经高温熔解析出，粘附在原有超粗WC粉上，进一步增粗合金晶粒度，同时还可以起到改变合金中的钴相，增强硬质合金的强度以及平衡合金中碳量的目的。碳黑的加入可以增强硬质合金的强度，提供其抗冲击性能，同时还可以优化合金中的碳量，降低硬质合金的脆性。本发明在原料中增加超细WC粉，并预磨一定的时间，其目的是增加其活性，使其在高温烧结时，熔解析出，附着在超粗WC身上，使硬质合金的晶粒度达到设计的要求。

作为本发明超粗晶WC-Co硬质合金制备方法的一种优选，所述超细WC粉，超粗WC粉，Co粉，钨粉及碳黑的质量比为5～10：75～91：6～15：0～1：0～1.5份。

作为本发明超粗晶WC-Co硬质合金制备方法的进一步优选，所述超细WC粉的费氏粒度为0.2μm～0.6μm，所述超粗WC粉的费氏粒度为15μm～26μm，所述Co粉的费氏粒度为1μm～3μm，所述钨粉的费氏粒度为0.45～0.8μm，所述碳黑的费氏粒度为1～1.3μm。