[发明专利]一种无金属粘结相碳化钨硬质合金复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种无金属粘结相碳化钨硬质合金复合材料及其制备方法，属于复合材料领域。该复合材料是制备复合材料的原料包括WC、NbC、VC和TiC_x，其中，0.4≤x≤0.9或x＝1.1，WC、NbC、VC和TiC_x的摩尔比为1～6：1：1：1。该复合材料不仅具有较强的硬度和耐腐蚀性能，同时还具有较高的断裂韧性，综合性能佳。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体而言，涉及一种无金属粘结相碳化钨硬质合金复合材料及其制备方法。

背景技术

无金属粘接相WC硬质合金由于其具有较强的硬度、强度以及极好的抗腐蚀和抗氧化性，被广泛应用于金属切削、机械密封和耐磨部件等。但是，由于WC高熔点(2870℃)特性的存在，使烧结致密度高的纯WC硬质合金变得异常困难。随着烧结工艺的发展，热压烧结(HP)、热等静压(HIP)、高压烧结(HPHT)、放电等离子(SPS)等技术使烧结纯WC硬质合金变得方便。S.G.Huang采用脉冲电流烧结(PECS)技术，在烧结温度1900℃和烧结压力60MPa下制得纯碳化钨硬质合金，其硬度和断裂韧性分别达到27.39GPa和4.38MPa/m²，但纯WC硬质合金其断裂韧性和弯曲强度较差。[S.G.Huang,K.Vanmeensel,O.V.D.Biest,etal.Binderless WC and WC–VC materials obtained by pulsed electric currentsintering.International Journal of Refractory Metals and Hard Materials,2008,26(1):41-47]。A.Nino等往碳化钨中分别添加0～6mol％TaC，并采用热压技术在不同温度下烧结制得WC-TaC硬质合金，研究发现，当TaC添加量为1mol％和烧结温度为1700℃时，其硬度为25.1GPa，断裂韧性为6.7MPa·m^1/2[A.Nino,Y.Izu,T.Sekine,et al.Effects ofTaC and TiC addition on the microstructures and mechanical properties ofBinderless WC.International Journal of Refractory Metals&Hard Materials,2019,82:167-173.]。

虽然，上述研究在一定程度上改善了纯WC硬质合金的断裂韧性差的缺陷，但其断裂韧性仍处于较低水平，不利于WC硬质合金的广泛应用。鉴于此，特提出本专利。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无金属粘结相碳化钨硬质合金复合材料及其制备方法，该复合材料不仅具有较强的硬度和耐腐蚀性能，同时还具有较高的断裂韧性，综合性能佳。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种无金属粘结相碳化钨硬质合金复合材料，其制备所述复合材料的原料包括WC、NbC、VC和TiC_x，其中，0.4≤x≤0.9或x＝1.1，所述WC、NbC、VC和TiC_x的摩尔比为1～6：1：1：1。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，制备所述复合材料的原料还包括TaC，所述TaC与所述WC、NbC、VC和TiC_x的摩尔比为1：1～6：1：1：1。

所述TiC_x、WC、NbC和VC的粒径均为150nm以细。

一种上述无金属粘结相碳化钨硬质合金复合材料的制备方法，其包括：

将所述WC、NbC和VC粉末进行球磨混料，制得150nm以细的WC-NbC-VC混合物；

将所述WC-NbC-VC混合物与TiC_x进行球磨混料，制得WC-NbC-VC-TiC_x混合物；