[发明专利]一种五元硬质合金用固溶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于硬质合金领域，具体涉及一种五元硬质合金用固溶体及其制备方法。

背景技术

为了改善TiCN金属陶瓷刀具材料的切削性能，人们常加入WC、TaC来改善金属陶瓷刀具材料的高温红硬性，以扩大金属陶瓷刀具的应用范围，一般情况下都是以WC、TaC单质形式加。科学工作者经过大量的试验发现WC、TaC以（W，Ti，Ta）C固溶体的形式加入时，能最大幅度的提升TiCN基金属陶瓷的切削性能，但是刀具材料中C/N比难以精确控制，导致材料的性能不理想。

发明内容

本发明的目的之一在于，提供一种新型五元（W，Ta，Ti）（C，N）固溶体及其制备方法，以获得固溶度高、纯度高的（W，Ta，Ti）（C，N）五元固溶体。

本发明的技术方案为：一种五元硬质合金用固溶体，所述五元硬质合金用固溶体的化学式为（W_0.26-0.33Ta_0.19-0.25Ti_0.44-0.54）（C_0.70-0..8N_0.20-0.3）。

优选地，所述五元硬质合金用固溶体的化学式为（W_0.28-0.32Ta_0.20-0.24Ti_0.46-0.50）（C_0.73-0.77N_0.23-0.27）。

优选地，所述五元硬质合金用固溶体的化学式为（W_0.3Ta_0.22Ti_0.48）（C_0.75N_0.25）。

优选地，所述五元硬质合金用固溶体的平均粒度为2~3μm。

本发明中，如上所述的五元硬质合金用固溶体的制备方法，包括如下步骤：

（1）按重量份分别称取32~37份WC，27~32份Ta₂O₅，19~24份TiO₂以及10~15份炭黑粉末，混合得到原料混合物；

（2）向步骤（1）中获得的原料混合物中加入球磨介质，通过滚动球磨将原料混合均匀，获得混合物料浆，其中球料比为2~4:1，球磨时间为10~14h；

（3）将混合物料浆转入真空干燥箱内，在-0.06~-0.02Mpa压力、70~80℃温度下干燥，擦筛，获得粒径为0.5~1mm的混合料粉末；

（4）将混合料粉末以0.4~0.8MPa的压力压制成料坯；

（5）将压制好的料坯转入真空反应器中，在N₂气氛、1600~1800℃下碳化还原反应1.5~2.5h，再在N₂气氛、1800~1900℃下固溶反应3~5h，获得（W，Ta，Ti）（C，N）五元硬质合金用固溶体粉末。

优选地，按重量份计，步骤（1）中原料混合物的组成为：34.61份WC、29.33份Ta₂O₅、22.19份TiO₂和13.87份炭黑粉末。

进一步地，步骤（2）中球磨介质为酒精。

本发明以WC为W源，TiO₂作为Ti源，Ta₂O₅作为Ta源，再配以一定量的炭黑粉末，在N₂气氛下进行还原碳化-固溶反应，从而制得所需的固溶体粉末。通过本方法制备所得的固溶体粉末具有很好的固溶度，通过XRD分析为单相结构，同时产品的纯度高，氧含量低，成分可控。

进一步地，步骤（2）中球料比为3:1，球磨时间为12h。

进一步地，步骤（3）中的干燥压力为-0.04Mpa，干燥温度为75℃。

进一步地，步骤（5）中碳化还原反应时间为2h，固溶反应时间为3h。

制备TiCN金属陶瓷刀具材料时，将WC、TaC以五元新型固溶体（W，Ti，Ta）（C，N）的方式加入时就能完全解决材料中C/N比的难以精确控制的问题，以充分发挥WC、TaC的协同作用，最大极限的发挥出WC的耐磨性和TaC的高温红硬性，从而生产出质量稳定且性能优异的金属陶瓷刀具材料。

本发明制备的五元硬质合金固溶体的固溶度高、氧含量低，性能优异，利用本发明的五元硬质合金固溶体制备金属陶瓷刀具材料，能提高刀具材料的抗弯强度和韧性，获得使用寿命较长的刀具材料。

附图说明