[发明专利]超细晶硬质合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种超细晶硬质合金，其成分包括WC，粘结相，晶粒长大抑制剂；所述WC重量百分比含量为83％～96％；平均晶粒度为(0.2～0.6)μm，0.54≤WC晶粒度离差系数K≤0.61，晶粒度大于3倍小于5倍的WC晶粒数百分比≤5％，晶粒度大于5倍的WC晶粒数百分比≤1.1％；所述粘结相为Co，Co重量百分比含量为3％～15％；所述晶粒长大抑制剂包含Cr₃C₂、VC，TiC和或Ti(C,N)，本发明还涉及上述超细硬质合金的制备的方法。采用所述超细晶硬质合金制造的立铣刀或钻头在不锈钢、钛合金、PCB板、亚克力、玻纤、硬木、树脂、CFRP等难加工材料的高速或高效切削加工中具有极佳的使用性能。

技术领域

本发明属于硬质合金制造技术领域，本发明涉及一种超细晶硬质合金及其制备方法，具体涉及一种具有特定成分及组织结构特征的WC平均晶粒度为0.2μm～0.6μm范围的综合性能优异的WC-Co硬质合金及其制备方法。

背景技术

WC-Co硬质合金是以WC为硬质相，以Co作为粘结相，少量添加Cr₃C₂、VC、TaC、NbC等碳化物作为功能性成分的金属复合材料，具有优异的耐磨性、耐热性、耐腐蚀性和良好的强韧性，广泛应用于国民经济的各个领域，是现代工业不可缺少的工模具和零部件材料。当前工业化制备硬质合金一般采用粉末冶金工艺，包括球磨、成型、烧结等主要工艺流程。

(1)球磨，工业化制备硬质合金混合料一般采用湿式球磨工艺，通常采用酒精、己烷等有机溶剂作为湿磨介质。多数硬质合金厂家选用滚动球磨，少数厂家采用搅拌球磨。球磨的目的是将原料WC粉末破碎至所需的粒度，并与Co粉末及其它添加成分粉末均匀混合得到符合设计成分配比和粒度要求的混合料。对于超细晶硬质合金，通常需要采用较长时间(60～100小时)的高强度球磨，以充分破碎原料WC粉末得到足够细的初始粉末。但长时间的球磨会带来严重增氧，WC晶格畸变，亚晶缺陷，活性过高、极细粉末过多等问题，严重影响后续的压制成型和烧结致密，进一步加大烧结时晶粒长大的倾向。对此，前人做了很多努力来避免这些不利因素。比如，为了减少因研磨产生的细颗粒粉末,避免后续烧结过程中WC晶粒经由溶解-析出机制长大，以获得WC晶粒尺寸更均匀的合金，发明US9777349B2采用超声波混合的方法制备混合料；为了防止混合料在球磨过程中氧化，发明CN1207121C在湿磨介质中加入吐温60；为了解决晶粒长大抑制剂等组分分散不均匀的问题，发明CN101768678A采用了添加由吐温80和油酸组成的粉末分散剂的方法，发明CN105734321A则对晶粒长大抑制剂进行预分散处理，即先将抑制剂和Co粉进行球磨混合处理后再加入超细WC进行配料湿磨。

(2)成型，是指将牌号混合料通过刚模单轴压制、冷等静压或粉末挤压的方法得到具有一定形状生坯的过程。

(3)烧结，是将粉末成型得到的硬质合金制品生坯在高于液相出现温度(即共晶温度，约1280℃～1330℃，取决于成分和初始粉末粒度等因素。对于WC-Co合金，Co含量高，碳量高，初始粉末越细，共晶温度越低)20℃～120℃(取决于成分和拟制备合金的WC晶粒度要求等。对于WC-Co合金，Co含量高，碳量高，拟制备合金的WC晶粒度要求越细，允许的烧结温度越低)温度下进行液相烧结得到致密的合金制品的工艺过程。真空烧结和低压热等静压烧结(Sinter-HIP)是当前工业化生产硬质合金的主流烧结技术。