[发明专利]一种放电等离子技术快速烧结制备的纳米WC-10%Co-0．8%VC硬质合金

说明书

为了改善WC‑Co硬质合金的硬度、耐磨性，研发了一种放电等离子技术快速烧结制备的纳米WC‑10%Co‑0．8%VC硬质合金。采用晶粒尺寸为11nm的WC‑10%Co‑0.8%VC粉末为原料，SPS工艺对硬质合金的力学性能提升主要体现在SPS工艺能够抑制硬质合金内部晶粒在烧结过程中的异常长大，使硬质合金内部具有更均匀的结构、更高的致密化程度。所制得的放电等离子技术快速烧结制备的纳米WC‑10%Co‑0.8%VC硬质合金，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本发明能够为制备高性能的纳米WC‑10%Co‑0.8%VC硬质合金提供一种新的生产工艺。

所属技术领域

本发明涉及一种硬质合金材料，尤其涉及一种放电等离子技术快速烧结制备的纳米WC-10%Co-0．8%VC硬质合金。

背景技术

WC-Co硬质合金兼具良好的韧性、硬度、耐磨性等综合性能，被广泛应用于矿用、切削、模具等各个领域，已成为现代社会不可缺少的重要材料，被称为“工业的牙齿”。硬质合金属于脆性材料，硬度和强度即耐磨性和韧性之间的矛盾一直是困扰其发展的主要因素。

放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,简称SPS)工艺是将金属等粉末装入石墨等材质制成的模具内，利用上、下模冲及通电电极将特定烧结电源和压制压力施加于烧结粉末，经放电活化、热塑变形和冷却完成制取高性能材料的一种新的粉末冶金烧结技术。放电等离子烧结具有在加压过程中烧结的特点，脉冲电流产生的等离子体及烧结过程中的加压有利于降低粉末的烧结温度。同时低电压、高电流的特征，能使粉末快速烧结致密。

发明内容

本发明的目的是为了改善WC-Co硬质合金的硬度、耐磨性，设计了一种放电等离子技术快速烧结制备的纳米WC-10%Co-0.8%VC硬质合金。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

放电等离子技术快速烧结制备的纳米WC-10%Co-0.8%VC硬质合金的制备原料包括：晶粒尺寸为11nm的WC-10%Co-0.8%VC粉末。

放电等离子技术快速烧结制备的纳米WC-10%Co-0.8%VC硬质合金的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入高能球磨机中进行湿磨，球磨介质为无水乙醇，球磨机转速为70r/min，球料比为8：1，球磨时间为32h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为70min，干燥温度为50℃，随后加入成形剂进行制粒。将制好的粉末加至压力机中进行压制成形，压制压力为300MPa。将制好的压坯置于石墨模具中，放入SPS烧结炉中进行烧结，烧结温度为1350℃，保温时间为90min，烧结压力为50MPa。

放电等离子技术快速烧结制备的纳米WC-10%Co-0.8%VC硬质合金的检测步骤为：密度采用阿基米得法，维氏硬度采用KA显微硬度仪，显微组织采用光学显微镜、S70扫描电子显微镜和H1扫描探针显微镜。

所述的放电等离子技术快速烧结制备的纳米WC-10%Co-0.8%VC硬质合金，SPS工艺对硬质合金的力学性能提升主要体现在SPS工艺能够抑制硬质合金内部晶粒在烧结过程中的异常长大，使硬质合金内部具有更均匀的结构、更高的致密化程度。

所述的放电等离子技术快速烧结制备的纳米WC-10%Co-0.8%VC硬质合金，烧结温度对硬质合金的性能影响较大。过高的烧结温度会使硬质合金内部颗粒发生熔融，该硬质合金则会在随后的冷却过程中产生偏析导致硬质合金力学性能降低。过低的烧结温度则会使晶粒在烧结过程中不能完全反应。

所述的放电等离子技术快速烧结制备的纳米WC-10%Co-0.8%VC硬质合金，SPS制备出综合性能较好的硬质合金时，所采用的工艺参数为：烧结温度1350℃，烧结5min，保温时间90min，烧结压力为50MPa。获得的硬质合金比常规工艺制备的硬质合金力学性能高出30%左右。

本发明的有益效果是：