[发明专利]多尺度多层次界面硬质合金材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种多尺度多层次界面硬质合金材料的制备方法，先冲击处理碳化钨粉，与二氧化锆晶须混合，然后加球化剂搅拌粒化，脱脂后再与钴粉混合，最后将混合粉置于液压快热装置中烧制成型，最终得到多尺度多层次界面硬质合金材料。此方法具有成分控制精度高，工艺稳定性和重复性较强，可实现硬质合金材料的强韧化和长寿命。

技术领域

本发明涉及硬质合金制备技术领域，特别涉及一种多尺度多层次界面硬质合金材料的制备方法。

背景技术

硬质合金材料的强度与韧性的“反比”问题成为限制其发展的最重要因素之一。常用的添加晶粒抑制剂、改换超细原料、粉末预处理等方法的效果有限。因此，寻找一种新方法，平衡硬质合金性能强度-韧性矛盾，提高其加工性能至关重要。

发明内容

本发明是针对常见手段难以有效协调硬质合金强度与韧性问题的研发领域现状，提供一种多尺度多层次界面硬质合金材料的制备方法。此方法具有成分控制精度高，工艺稳定性和重复性较强，可实现硬质合金材料的强韧化和长寿命。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种多尺度多层次界面硬质合金材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将碳化钨粉进行高冲量变频冲击处理，然后与二氧化锆晶须混合，得到晶须包裹碳化钨复合粉；

2)将晶须包裹碳化钨复合粉加球化剂进行搅拌粒化，然后进行脱脂，脱脂后的球化粉与钴粉混合，得到混合粉；

3)将混合粉置于液压快热装置中烧制成型，最终得到多尺度多层次界面硬质合金材料。

作为本发明的进一步改进，步骤1)中，高冲量变频冲击处理采用双轴翻转球磨设备，设备主轴转速350～470转/分，翻转时间间隔为3～5分钟，翻转速度40～70转/分。

作为本发明的进一步改进，步骤1)中，碳化钨粉与二氧化锆晶须的质量百分比为(99.88～99.95)：(0.05～0.12)；混合设备为低速混合机，转速30～60转/分。

作为本发明的进一步改进，步骤2)中，球化剂为聚乙烯醇水溶液，复合粉和球化剂质量百分比为(86.6～94.6)：(5.4～13.4)。

作为本发明的进一步改进，步骤2)中，脱脂温度为450℃，脱脂后球化粉与钴粉的质量比为(87.5～92.4)：(7.6～12.5)。

作为本发明的进一步改进，步骤3)中，烧制成型压力27～38MPa，温度1340～1450℃，保温20～40分钟。

作为本发明的进一步改进，制得的硬质合金材料具有多尺度多层次界面结构，材料的冲击韧性大于等于22.5MPa·m^1/2，显微硬度大于等于8.3GPa，弯曲强度大于等于1840MPa，1000℃抗压强度大于等于4580MPa。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优势：

本发明先冲击处理碳化钨粉，与二氧化锆晶须混合，然后加球化剂搅拌粒化，脱脂后再与钴粉混合，最后将混合粉置于液压快热装置中烧制成型；其中二氧化锆晶须与碳化钨粉混合，使其均匀附着于碳化钨颗粒表面，晶须方向各异，在成型过程中有利于钉扎碳化钨晶粒界面，形成Ⅰ级与Ⅱ级界面，提高硬质合金强韧性。球化后与钴粉混合，可形成网状微结构，有效协调硬质合金强度与韧性问题。本发明制得的硬质合金材料具有多尺度多层次界面结构，材料的冲击韧性大于等于22.5MPa·m^1/2，显微硬度大于等于8.3GPa，弯曲强度大于等于1840MPa，高温(1000℃)抗压强度大于等于4580MPa。