[发明专利]一种水刀用高熵合金粘结相碳化钨硬质合金及其制备方法

说明书

本发明属于硬质合金的技术领域，公开了一种水刀用高熵合金粘结相碳化钨硬质合金及其制备方法。所述高熵合金粘结相碳化钨硬质合金以高熵合金为粘结相，以碳化钨为硬质相；所述高熵合金的组元为Al、Co、Cr、Cu、Fe和Ni中的至少五种，且每种元素的原子百分比为5～35％，高熵合金在高熵合金粘结相碳化钨硬质合金中质量百分比为0.2～1％。方法：将高熵合金粉与WC粉末混合后进行HPS热压烧结成型，获得高熵合金粘结相碳化钨硬质合金。本发明的碳化钨硬质合金晶粒细小，综合力学性能良好。

技术领域

本发明涉及硬质合金技术领域，尤其涉及一种水刀用高熵合金粘结相碳化钨硬质合金及其制备方法。

背景技术

水刀的砂管也称喷嘴、喷管，是水刀形成高压水射流的关键所在。

砂管由于受到高速磨料粒子的冲刷，所以用于制备水刀的原材料必须具有高硬度及高耐磨性。

碳化钨硬质合金由于具有高硬度、良好的耐磨性能及断裂韧性常被选为制造水刀砂管。

目前，硬质合金主要由硬质相和粘结相通过粉末冶金工艺制备而成。

最常使用的粘结相仍然是Co金属，然而Co金属价格较高，同时具有磁性与一定的毒性，因而开发新型的金属粘结相用于替代Co也成为碳化钨硬质合金领域的一个重要研究方向。

另一方面，粘结相能促进合金的烧结致密化过程，赋予合金强度及韧性，同时也使合金的硬度、耐磨性能降低。从而使其在水刀领域的应用受到限制。而纯碳化钨的熔点高达2860℃，制备全致密化的无粘结相硬质合金所需要的烧结温度非常高，往往高于1600℃，大大增加了工业生产成本，同时在烧结过程中会出现晶粒异常长大的现象，因此在碳化钨中加入少量粘结相，降低烧结温度，同时相较于传统硬质合金提高材料的硬度及耐磨性能，成为制备水刀用硬质合金的的一种新思路。

为了提高碳化钨硬质合金的综合性能，使其有能力满足水刀砂管的使用要求，同时降低成本，是本领域技术人员探索的方向。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种水刀用高熵合金粘结相碳化钨硬质合金及其制备方法。本发明提出加入少量高熵合金粘结相，采用HPS快速热压烧结技术制备综合性能良好的碳化钨硬质合金。在能满足水刀砂管的使用要求同时，降低了工艺成本。

本发明通过下述技术方案实现：

一种水刀用(低含量)高熵合金粘结相碳化钨硬质合金制备方法，以高熵合金为粘结相，以碳化钨(WC)为硬质相；所述高熵合金在高熵合金粘结相碳化钨硬质合金中质量百分比为0.2～1％。所述高熵合金的组元(成分)为Al、Co、Cr、Cu、Fe和Ni的至少五种，且每种元素的原子百分比为5～35％。

上述高熵合金粘结相碳化钨硬质合金的制备方法，是将高熵合金粉与WC粉末混合后进行快速热压烧结成型，获得高熵合金粘结相碳化钨硬质合金；具体包括如下步骤：

将Al、Co、Cr、Cu、Fe和Ni粉末按配比混合均匀，球磨，获得高熵合金粉末；所述球磨在惰性氛围下进行，所述惰性氛围为氩气；所述球磨是指先干磨然后湿磨，湿磨后需干燥；

将高熵合金粉末和WC粉末混匀，球磨，过筛，获得混合物；

所述球磨在惰性氛围下进行，所述惰性氛围为氩气；所述球磨是指先干磨然后湿磨，湿磨后需干燥；

将所述混合物置于HPS快速热压烧结炉中进行热压烧结，冷却，获得高熵合金粘结相碳化钨硬质合金；所述烧结的条件为：烧结的压力40～70MPa；烧结的温度为1250～1450℃。

所述烧结具体是指抽真空，调节烧结压力，以100～200℃/min升温至1100℃，再继续以50～100℃/min升温至1250～1450℃保温烧结。所述1250～1450℃保温的时间为5～15分钟。