高能搅拌球磨工艺制取超粗晶粒硬质合金的方法
【专利摘要】高能搅拌球磨制备超粗晶粒硬质合金的方法，制备原料包括WC、Co及少量作为添加剂的NbC或/和TaC，其中WC颗粒粒度≥15μm，含量是82.0～95.5wt％，Co的含量是4.5～18wt％，添加剂的含量是0.0～0.5wt％；制备方法如下：(1)高能搅拌球磨工序：将全部制备原料即WC、钴粉、添加剂装入高能搅拌球磨机，并加入成形剂及球磨助剂进行球磨。(2)真空干燥制粒工序：(3)将混合料进行常规的压制成型，在1400℃～1480℃范围内真空烧结或压力烧结。该工艺能大大提高对粉末的研磨效果，球磨时间显著缩短，生产效率提升，能耗降低，合金晶粒分布更均匀。
【专利说明】高能搅拌球磨工艺制取超粗晶粒硬质合金的方法
【技术领域】:
[0001]本发明属金属材料【技术领域】，涉及一种新型的工艺，通过采用高能搅拌球磨工艺制备超粗晶粒硬质合金的方法。
【背景技术】:
[0002]超粗晶粒硬质合金是指平均晶粒度大于4微米的硬质合金，由于其具备高导热率、高韧性的特性而广泛应用于煤矿开采、工程施工、金属无屑加工、钢铁轧制等行业，具有远优于常规硬质合金的使用寿命。
[0003] 美国专利5505902和5529804公开的制备超粗晶粒硬质合金的方法，是将粗颗粒的WC通过喷射研磨分散和分级筛分，去除细的WC颗粒只选用粗粒度的部分WC，然后对粗颗粒进行钴涂覆。专利5505902采用的钴涂覆方法是熔胶-凝胶法，将WC、甲醇和三乙胺在反应器中混合，当加热时甲醇会蒸发，钴在WC晶粒上沉淀形成熔胶凝胶。专利5529804采用的方法是多元醇液相还原法，将钴的醋酸盐+水+WC混合后进行喷雾干燥，并对混合工序进行改进，以避免粗颗粒WC的破碎。用以上专利方法生产的混合料，再采用常规的压制成型和烧结方法，即可制备钴含量为6%，平均晶粒度为6微米的超粗晶粒硬质合金。
[0004]中国专利CN200910042940.6以WC为主体成分的、经机械预处理的WC粉末与钴/镍氨络合物溶液为原料，通过合理选择WC原料粒度与粉末预处理工艺，采用水热高压氢还原工艺制备WC-Co/Ni复合粉制备晶粒度> 4.5微米的硬质合金。这些制备方法都需要对粉末进行较为复杂的预处理，而且工艺复杂且流程长，生产成本高，难以形成经济化的批量生产。
[0005]中国专利CN101824574A采用超粗碳化钨和钴粉为原料，进行预混合，然后加入成型剂并压制成团块，放入脱脂炉中进行脱脂和预烧。将预烧后的团块破碎后再添加钴粉重新湿磨，再采用常规的压制成型和烧结方法，获得超粗晶粒的硬质合金。此专利的工艺流程较长，需要两次添加成型剂两次脱脂，生产能耗偏高，而且在团块的破碎过程中易带入杂质，不利于生产高纯度的产品。
[0006]中国专利CN101985717A采用超粗碳化钨和钴粉为原料，进行预混合，然后加入成型剂并压制成团块，放入脱脂炉中进行脱脂和预烧。将预烧后的团块破碎后再添加钴粉和纳米Co2W4C重新配料和湿磨，再采用常规的压制成型和烧结方法，获得超粗晶粒的硬质合金。此专利同专利CN101824574A类似，仍然存在工艺流程较长，生产能耗偏高，易带入杂质的缺点。
[0007]中国专利CN102634684A公布的方法是先将钴粉和超粗颗粒WC在混合器进行预混合，然后将预混合后的料装入球磨机中进行低转速的轻度球磨。对获得的料浆按常规生产方式进行干燥、压制、烧结，可获得超粗晶粒度合金。此专利的流程相对较短，生产成本较低，比较适合工业化生产。但是，此专利仍存在缺陷:预混合后料在球磨机中的轻度球磨中，由于球磨机的转速低，研磨球的动能较低，对WC颗粒存在着明显的表面磨耗，从而产生较多的细粉。这样最终生产出的合金的晶粒均匀度不高。[0008]综上所述，虽然现在制备超粗晶粒硬质合金的专利虽然逐渐增多，但都存在或多或少的缺陷。
【发明内容】
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[0009]本发明提供了一种新的超粗晶粒硬质合金的制备方法，工艺流程短、生产效率高、能耗较低，且最终的超粗晶粒合金的粒度分布更均匀。
[0010]为达到以上目的，本发明的解决方案是
[0011]高能搅拌球磨制备超粗晶粒硬质合金的方法，制备原料包括WC、Co及少量作为添加剂的NbC或/和TaC，其中WC颗粒粒度≥15 μ m，含量是82.0~95.5wt%, Co的含量是
4.5~18wt%，添加剂的含量是0.0~0.5wt% ;制备方法如下:
[0012](I)高能搅拌球磨工序:将全部制备原料即WC、钴粉、添加剂装入高能搅拌球磨机，并加入成形剂及球磨助剂进行球磨，体积浓度大于90%的酒精为研磨介质；球磨参数为:球磨转速100-110rpm、填充系数为0.3~0.4、固液质量比为5: 1、研磨球直径为10.0_±0.2_、球料比2~4: 1，球磨时间100~180分钟；
[0013](2)真空干燥制粒工序:将工序(I)结束后，将所得的料浆装入真空搅拌干燥器中，进行干燥和制粒，获得具有一定流动性的固体混合料。
[0014](3)将混合料进行常规的压制成型，在1400°C~1480°C范围内真空烧结或压力烧结，制取的合金晶粒度为5.0~14.0微米，孔隙度小于A04B00。
[0015]工序(I)中添加的球磨助剂量与全部制备原料总重的质量比为1: 2000。
[0016]工序(I)中添加的球磨助剂为油酸，油酸与全部制备原料总重的质量比为I: 2000。
[0017]工序(I)中添加的成型剂的量占全部制备原料总重的2%。
[0018]工序(I)中添加的成型剂为石蜡，石蜡占全部制备原料总重的2 %。
[0019]本发明与现有技术相比具有以下特点:
[0020]高能搅拌球磨机由于是主动、高速持续施力，较滚动球磨机对物料的作用力更大，研磨效果高出5~10倍以上。而且搅拌球磨对WC颗粒的破碎是以体积破碎为主，表面破碎为辅，这样相对于滚动球磨(对WC颗粒的表面破碎情况更多)，能获得粒度分布更均匀的混合料。球磨过程是一个高效能的体系，被破碎的WC颗粒的表面能很高，极易发生二次团聚，降低球磨效率，影响混合料质量。为了保证混合料质量，采用向料浆中加入适量的油酸作为助悬剂，能使颗粒表面带有相同的电荷，彼此排斥，达到分散的作用，使粉末颗粒能够均匀地分布在介质中从而形成粘稠的能流动的稳定液固态体系。石蜡作为硬质合金混合料的粘结剂在球磨过程中直接加入，有利于提高混合料粘性，且非常均匀，防止粘结剂产生偏析。最终得到组织结构均匀、性能优良的硬质合金。
[0021]与现有技术相比，本工艺具有以下突出优点:
[0022]1:采用高能搅拌球磨机，大大提高对粉末的研磨效果，球磨时间显著缩短，生产效率提升，能耗降低；
[0023]2:合金晶粒分布更均匀；
[0024]3:球磨后混合料颗粒均匀，粘性好，易于压制成型。【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为WC-6% Co合金的金相组织，平均晶粒度为10微米。
【具体实施方式】:
[0026]实施例1:
[0027]按照94wt% WC+6wt% Co配制原料(碳化钨平均费氏粒度为15 μ m，钴粉的费氏平均粒度为1.3μπι.)加入250ml/Kg的体积浓度大于90%的酒精作为研磨介质，并在混合料料浆中加入0.5g/Kg的油酸作为助悬剂，2wt%石蜡作为粘结剂。上述物料在搅拌球磨机中进行球磨，球磨机的搅拌臂的转速设定为100转/分钟，填充系数为0.4、球料比2:1 ;球磨120分钟后，卸下料浆进行真空干燥。将混合料成型后在1450°C下真空烧结，检测平均晶粒度为:10μπι，孔隙度A02B00，金相组织图如图1中所示，可以清楚的看到得到的硬质合金产品的合金晶粒分布均匀。
[0028]实施例2:
[0029]按照87wt% WC+13wt% Co配制原料(碳化钨费氏平均粒度为15 μ m，钴粉的费氏平均粒度为1.3 μ m.)加入260ml/Kg的酒精作为研磨介质，并在混合料料浆中加入0.5g/Kg的油酸酸作为助悬剂 ，2wt%石蜡作为粘结剂。上述物料在搅拌球磨机中进行球磨，球磨机的搅拌臂的转速设定为100转/分钟，填充系数为0.4、研磨球直径为10.0mm±0.2mm、球料比4: I ;球磨150分钟后，卸下料浆进行真空干燥。将混合料成型后在1430°C下真空烧结，检测平均晶粒度为:5 μ m，孔隙度A02B00。
【权利要求】
1.高能搅拌球磨制备超粗晶粒硬质合金的方法，制备原料包括wc、Co及少量作为添加剂的NbC或/和TaC，其中WC颗粒粒度≤15 μ m，含量是82.0~95.5wt%, Co的含量是4.5~18wt%，添加剂的含量是0.0~0.5wt% ;制备方法如下: (1)高能搅拌球磨工序:将全部制备原料即WC、钴粉、添加剂装入高能搅拌球磨机，并加入成形剂及球磨助剂进行球磨，体积浓度大于90%的酒精为研磨介质；球磨参数为:球磨转速100-110rpm、填充系数为0.3~0.4、固液质量比为5: 1、研磨球直径为10.0_±0.2_、球料比2~4: 1，球磨时间100~180分钟； (2)真空干燥制粒工序:将工序(I)结束后，将所得的料浆装入真空搅拌干燥器中，进行干燥和制粒，获得具有一定流动性的固体混合料。 (3)将混合料进行常规的压制成型，在1400°C~1480°C范围内真空烧结或压力烧结，制取的合金晶粒度为5.0~14.0微米，孔隙度小于A04B00。
2.如权利要求1中所述的高能搅拌球磨制备超粗晶粒硬质合金的方法，其特征在于:工序(I)中添加的球磨助剂量与全部制备原料总重的质量比为1: 2000。
3.如权利要求2中所述高能搅拌球磨制备超粗晶粒硬质合金的方法，其特征在于:工序(I)中添加的球磨助剂为油酸，油酸与全部制备原料总重的质量比为1: 2000。
4.如权利要求1中所述的高能搅拌球磨制备超 粗晶粒硬质合金的方法，其特征在于:工序(I)中添加的成型剂的量占全部制备原料总重的2%。
5.如权利要求4中所述的高 能搅拌球磨制备超粗晶粒硬质合金的方法，其特征在于:工序(I)中添加的成型剂为石蜡，石蜡占全部制备原料总重的2%。
【文档编号】C22C1/05GK103540781SQ201310175794
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年5月14日 优先权日:2013年5月14日
【发明者】李洪全, 刘礼平 申请人:自贡金盾硬质合金有限公司