[发明专利]一种制备高强度、高硬度纳米硬质合金的方法

说明书

本发明属于硬质合金材料及制造技术领域，特别涉及一种制备高强度、高硬度纳米硬质合金的方法。其技术方案为：一种制备高强度、高硬度纳米硬质合金的方法，包括以下步骤：将W、Co、V原料粉末按照质量百分比85%～90%：6%～8%：2%～9%混合均匀；将混合粉末抽真空；再通入碳源气体，控制还原碳化反应温度在850℃～1050℃，反应时间4～6h，制得WC、Co和VC按比例均匀混合的碳包覆的核/壳结构纳米复合材料；将WC‑Co‑VC纳米复合粉末在石墨模具中压制成坯；将步骤S4所得的坯采用充高纯惰性气体保护，置于真空烧结炉中连续烧结，然后随炉冷却即得硬质合金产品。本发明提供了一种制备高强度、高硬度纳米硬质合金的方法。

技术领域

本发明属于硬质合金材料及制造技术领域，特别涉及一种制备高强度、高硬度纳米硬质合金的方法。

背景技术

轻合金、微电子和信息技术等新兴产业的迅猛发展，对高性能、高精度、高附加值硬质合金制品的需求日益旺盛。已有专利和研究结果表明，细化WC晶粒有利于提高WC-Co系硬质合金的力学性能。当WC晶粒降到1μm以下时，硬质合金的硬度和强度同时提高，且提高的幅度随着晶粒度进一步减小而更加明显。为了研制更高硬度和强度的硬质合金，解决传统硬质合金强度和硬度之间的矛盾，纳米硬质合金成为目前超硬材料领域研究的热点。目前，制备WC-Co纳米复合粉体的方法可分为两大类：(1)是机械合金化法，即将原料置于高能球磨机中经长时间运转，利用机械能实现纳米颗粒的形成；(2)气-固相反应，即将钨、钴化合物粉体，在气体CH₄-H₂或CO-CO₂中，通过气-固相反应合成WC-Co纳米复合粉体。然而，机械合金法的生产效率低、成本高、且易引入其他杂质，从而难以实现工业化生产；气-固相反应法，需要采用高纯气体，成本高，且所需设备昂贵、工艺难以控制。

同时，由于粉末冶金工艺特点，粉末在烧结过程中容易长大，对性能产生极大影响，因此控制合金中晶粒的长大是生产纳米硬质合金的关键。已有专利和研究结果表明，通过加入添加剂来抑制晶粒的长大，是获得纳米硬质合金，提高合金性能的有效途径之一。目前，VC是最有效的晶粒长大抑制剂，在添加VC的合金中WC晶粒更细，合金的硬度更高。添加晶粒长大抑制剂的方法，一般采用以下方式：(1)将纳米复合粉WC-Co与VC粉按比例放入球磨罐中，采用机械混合，然后真空干燥得到混合粉末；(2)分别将WO₃、CoO、TiO₂、V₂O₅、Cr₂O₃等纳米粉体球磨混合，然后在CH₄-H₂或CO-CO₂气氛中发生气-固反应，合成WC-Co-TiC-VC纳米粉末。很明显，这些方法也存在成本高、过程复杂、复合不均匀等缺点，并且反复加热容易出现晶粒长大等问题。因此，发明一种简单、快捷、廉价的方法来制备纳米WC/Co/VC复合粉体具有重要的应用价值。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种制备高强度、高硬度纳米硬质合金的方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种制备高强度、高硬度纳米硬质合金的方法，包括以下步骤：

S1：将W、Co、V原料粉末按照质量百分比85％～90％：6％～8％：2％～9％混合均匀；

S2：将混合粉末抽真空；

S3：再通入碳源气体，控制还原碳化反应温度在850℃～1050℃，反应时间4～6h，制得WC、Co和VC按比例均匀混合的碳包覆的核/壳结构纳米复合材料；

S4：将WC-Co-VC纳米复合粉末在石墨模具中压制成坯；

S5：将步骤S4所得的坯采用充高纯惰性气体保护，置于真空烧结炉中连续烧结，然后随炉冷却即得硬质合金产品。