[发明专利]一种硬质合金及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种硬质合金及其制备方法和应用。硬质合金的制备原料包括碳化钨、粘结剂、添加剂和成型剂，以碳化钨、粘结剂和添加剂的总重量计，碳化钨的用量为89wt％～94.5wt％，其中，碳化钨包括粗晶碳化钨和中粗晶碳化钨，以碳化钨的总重量计，粗晶碳化钨的含量为65wt％～85wt％；粗晶碳化钨的费氏粒度为16μm～26μm，中粗晶碳化钨的费氏粒度为2μm～10μm。采用本发明的硬质合金进而制备的路面铣刨刀头，所述刀头的断裂韧性、耐磨性和抗热疲劳性均得到了明显改善。

技术领域

本发明涉及材料制备领域，具体涉及一种硬质合金及其制备方法和应用。

背景技术

硬质合金由于其较高的耐磨性能、导热性能和良好的韧性，被广泛应用于矿用及工程领域。硬质合金是路面铣刨刀具的关键材料，其性能决定了铣刨刀具的服役性能及使用寿命。作为铣刨刀具前端的硬质合金的主要失效形式除了磨损外，还包括由裂纹引起的龟裂、破碎和局部剥落，主要是由于路面铣刨的作业工况条件较为恶劣，合金需要承受反复冲击、冷热交替和磨粒磨损，因此路面铣刨工具对硬质合金硬度、耐磨性、热疲劳性能、冲击疲劳等方面的性能要求更为严苛。随着市政路面养护的日益现代化，对硬质合金性能提出更高的要求，改善硬质合金的断裂韧性、耐磨性及抗热疲劳性，避免因碎齿、过快磨损、热疲劳而提前失效的问题，减少最终用户设备停机检查、更换铣刨齿的频率，从而有效提高最终用户生产效率、降低运营成本。

常规方法通过调节WC的晶粒尺寸及粘结剂含量来平衡硬质合金的硬度与韧性，从而满足不同工作条件对材料性能的要求，但是往往顾此失彼，难以实现性能之间良好的平衡。此外路面铣刨工况下合金发生磨粒磨损较为严重，且铣刨作业时硬质合金工作尖端温度可达到400℃，在此温度下粘结剂非常容易发生晶型转变，硬度下降，导致粘结剂首先被磨损，进而导致硬质相发生剥落或破碎，工具的整体性能下降，常规的WC-Co组合难以找到兼顾各方面性能的有效方案。

发明内容

鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种硬质合金及其制备方法、及上述硬质合金在路面铣刨中的应用。采用本发明的硬质合金进而制备的路面铣刨刀头，所述刀头的断裂韧性、耐磨性和抗热疲劳性均得到了明显改善。

本发明第一方面提供一种硬质合金，其制备原料包括碳化钨、粘结剂、添加剂和成型剂，以碳化钨、粘结剂和添加剂的总重量计，碳化钨的用量为89wt％～94.5wt％，其中，碳化钨包括粗晶碳化钨和中粗晶碳化钨，以碳化钨的总重量计，粗晶碳化钨的含量为65wt％～85wt％；粗晶碳化钨的费氏粒度为16μm～26μm，中粗晶碳化钨的费氏粒度为2μm～10μm。

本发明中，所述粗晶碳化钨和中粗晶碳化钨的判断标准或判断方法为：费氏粒度介于2μm～10μm之间为中粗晶碳化钨，费氏粒度大于10μm为粗晶碳化钨。

根据本发明所述的硬质合金的一些优选实施方式，以碳化钨、粘结剂和添加剂的总重量计，所述粘结剂的用量5wt％～8wt％，添加剂的用量为0.5wt％～3.0wt％。

根据本发明所述的硬质合金的一些优选实施方式，所述添加剂与粘结剂的重量比不大于0.1，优选为0.001～0.1。

根据本发明所述的硬质合金的一些优选实施方式，所述粘结剂为钴，例如钴粉等。

根据本发明所述的硬质合金的一些优选实施方式，所述添加剂含有W、Nb、Re和Si中的一种或多种元素，优选所述添加剂为钨粉、铌粉、铼粉和硅粉中的一种或多种。

根据本发明所述的硬质合金的一些优选实施方式，所述成型剂为PEG2000以及任选的石蜡，优选石蜡和PEG2000的重量比为(0～2):1。