[发明专利]一种平均晶粒尺寸大于15μm WC-Co硬质合金的制备方法

说明书

一种平均晶粒尺寸大于15μm WC‑Co硬质合金的制备方法，属于块体材料制备领域。以粗颗粒WC粉末为原料，经过过筛分级后与一定比例的PEG和扩散搅拌混合，经干燥、压制制备WC冷压坯体；将冷压坯体直接进行不同质量Co粉涂覆和压实，置于低压烧结炉内进行烧结和冷却，获得WC晶粒尺寸大于15μm的WC‑Co硬质合金材料；或将冷压坯体进行与烧结，制备出多孔碳化物；进而将多孔碳化物进行不同质量Co粉涂覆压实后，进行低压烧结，制备出WC晶粒尺寸大于15μm、不同Co含量的硬质合金材料。

技术领域

本发明属于块体材料制备领域，具体涉及一种平均晶粒尺寸大于15μm的硬质合金制备方法。

技术背景

WC-Co硬质合金是由脆性的WC相和Co粘结相组成的复合材料，因具有高硬度、高耐磨性以及良好的断裂强度和冲击韧性等优良属性而广泛应用于切削加工、矿产开采、隧道挖掘等过程中耐磨部件的使用。随着矿产、石油等开采深度的增加，对制备耐磨工模具的硬质合金材料的韧性提出了更高的要求，而增大WC晶粒尺寸是提高合金韧性的重要方法之一。目前，研究者通过改进硬质合金制备工艺制备大晶粒尺寸的硬质合金，如采用轻度球磨法、化学包覆法以及纳米溶解法等以降低粗颗粒原料中WC晶粒的破碎；采用增加烧结温度的方法促进WC晶粒长大等，已制备出WC晶粒尺寸大于10μm的硬质合金。然而，采用上述制备方法存在如下问题：(1)仅依靠调整硬质合金制备工艺，WC晶粒尺寸长大有限；(2)球磨时间过短、烧结温度过高或保温时间过长，易于造成Co相分布不均匀或过热过烧出现孔洞或缺碳相，严重影响了合金的力学性能。

本申请的发明人在大量实验探索研究的基础上，开发出一种针对大晶粒尺寸硬质合金制备的方法。应用本技术制备晶粒尺寸大于15μm的WC-Co硬质合金，具有基于现有硬质合金制备的原料和设备、不增加成本、制备过程易于控制等特点。

发明内容：

本发明针对大晶粒尺寸WC-Co硬质合金制备难题，提供一种制备过程易于控制的、WC晶粒尺寸大于15μm的WC-Co硬质合金的制备方法。

为实现上述目的，本方案的特征在于，包含以下步骤：

(1)将平均颗粒尺寸为21.8～23.5μm的WC粉末为原料，利用目数为500～800目的不锈钢筛子对粉末进行筛选，去除原料粉中颗粒度极小和极大粉末，得到粒径分布均匀的WC粉末；

(2)将筛选出来的WC粉末和一定量的PEG和扩散油形成的混合液进行混合搅拌至均匀状态，每100g WC粉末对应10ml混合液，混合液中PEG和扩散油的体积比为9～10：1；

(3)将与PEG和扩散油混合后的WC粉末进行干燥，如置入干燥箱中干燥20～30min，干燥温度为80～100℃；

(4)将干燥好的粉末进行压制成型，压力为300～350MPa，保持不低于3s的时间，获得具有一定强度的WC粉末冷压坯体；

(5)根据设计WC-Co硬质合金的Co含量要求，在碳化钨粉末冷压坯体的上下表面进行Co粉铺覆并压实，置入耐高温的器皿中，直接进行低压烧结，具体烧结工艺为：以4℃/min的速度从室温升温200℃～300℃，保温30min～60min，排出粉末中吸附的气体；继续升温至450℃～500℃，通入氢气，保温30～90min，保证PEG和扩散油完全排出；继续依次升高至800℃～850℃和1230℃～1250℃，并分别在800℃～850℃和1230℃～1250℃下保温30min～60min，保证合金温度分布均匀；再以2℃/min的升温速率加热至1450～1500℃，保温30min后通入压力为6MPa(即保证反应容器内的压力为6MPa)的纯氩气继续保温60～90min，保证Co相分布均匀和合金的致密化；以2℃/min的降温速率降温至1000℃，然后随炉冷却至室温并停止氩气通入，制备出平均晶粒尺寸大于15μm、不同钴含量的WC-Co硬质合金；