[发明专利]一种高强高韧层状互通结构钢结硬质合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强高韧层状互通结构钢结硬质合金，由硬质层和韧性层交替叠加组成，韧性层和硬质层的厚度比为1～2:8～9，韧性层由微孔铁基金属箔形成，硬质层中含有WC硬质相、亚微米级强化相和Fe粘结相，亚微米级强化相为NbC和TaC中的一种或多种，韧性层的厚度为50μm‑500μm，本发明还公开了一种高强高韧层状互通结构钢结硬质合金的制备方法，制备的高强高韧层状互通结构钢结硬质合金具有较高的界面结合强度。

技术领域

本发明属于硬质合金技术领域，涉及一种高强高韧层状互通结构钢结硬质合金及其制备方法。

背景技术

对于层状复合材料来说，通过制备方法改进、结构设计优化、微观组织调控、界面设计，可以突破单一材料的强韧化局限，可使材料在提高强度的同时，获得良好的韧性。

在层状复合材料内，由于高强度层内裂纹敏感性高，裂纹易优先在高强度层内萌生、扩展。当扩展至层间界面时，高韧性层具有高的弹性和塑性形变能力，其高损伤容限能力可吸收裂纹尖端应力，结构化设计可使裂纹发生桥联或纹偏转，延长裂纹扩展路径，最终改善材料的韧性。另一方面，高强度层和高韧性层之间的应力分区机制协同耦合作用，可促使材料强度进一步提高。

现有硬质合金，本身脆性较高，为了改善其性能，提出了高强度层(硬质层)和高韧性层(金属层)叠层复合的思路，可实现硬质合金韧性的大幅提升。但现有的叠层复合硬质合金的层间界面结合强度较低，层离和各向异性问题突出，难以满足实际工况的需求。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种高强高韧层状互通结构钢结硬质合金，解决了现有叠层硬质合金层间界面结合强度低导致的层离和各向异性问题。

本发明的另一个目的是提供一种高强高韧层状互通结构钢结硬质合金的制备方法。

本发明所采用的第一技术方案是，一种高强高韧层状互通结构钢结硬质合金，由硬质层和韧性层交替叠加组成，韧性层和硬质层的厚度比为1～2:8～9，韧性层由微孔铁基金属箔形成，硬质层中含有WC硬质相、亚微米级强化相和Fe粘结相，亚微米级强化相为NbC和TaC中的一种或多种。

本发明的技术特征还在于，韧性层的厚度为50μm-500μm。

一种高强高韧层状互通结构钢结硬质合金，按照质量百分比由以下组分组成，WC硬质相60-70％、亚微米级强化相0-20％、Fe粘结相5-10％和微孔铁基金属箔10-20％，以上各组分的质量百分比之和为100％。

本发明所采用的第二技术方案是，一种高强高韧层状互通结构钢结硬质合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按照质量百分比分别称取以下组分:WC颗粒60-70％、NbC/TaC粉末0-20％、Fe粉末5-10％和微孔铁基金属箔10-20％，以上各组分的质量百分比之和为100％；

步骤2，将步骤1称取的WC颗粒、Fe粉末和NbC/TaC粉末混合均匀，形成混合粉末；

步骤3，按照模具尺寸对步骤1称取的微孔铁基金属箔进行剪裁；

步骤4，在模具中逐层交替铺设混合粉末层和微孔铁基金属箔层，然后冷压预制成型，形成冷压预制体；

步骤5，将冷压预制体装入热压模具内，在高温烧结炉内进行1200-1280℃热压烧结，然后进行后续热处理，即得高强高韧层状互通结构钢结硬质合金，其中韧性层和硬质层的厚度比为1～2:8～9。

步骤1中，WC颗粒的粒径为5μm-30μm，Fe粉末的粒径为1μm-10μm，NbC/TaC粉末的粒径为200nm-900nm。

微孔铁基金属箔的厚度为50μm-500μm，微孔铁基金属箔中微孔的孔径为20μm-100μm，微孔间距为20μm-200μm。