一种高强度wc纳米硬质合金材料的制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高强度WC纳米硬质合金材料的制备工艺，涉及金属材料生产【技术领域】，包括原料准备，机械力活化，真空加热和冷却四个工艺过程，本工艺方法中，采用机械力活化制备WC纳米硬质合金材料，该工艺方法流程简单，制备速度快，制备出的WC纳米硬质合金材料质量好，强度高，不易被环境污染，制备过程中通过选取优质的氧化钨和石墨粉末原料，控制好加热温度、加热时间以及升温速率等参数，使得制备出的WC纳米硬质合金材料强度超过了同类材料，硬度高，韧性大，膨胀系数小，热传导率大，弹性模量高，具有很高的抗压强度以及耐磨性，且制备过程中通过优选制备加工设备，选用了性能优良的球磨机和真空炉，提高了制备速率和材料质量。
【专利说明】-种高强度WC纳米硬质合金材料的制备工艺
【技术领域】
[0001] 本发明涉及金属材料生产【技术领域】，具体涉及一种高强度WC纳米硬质合金材料 的制备工艺。
【背景技术】
[0002] 硬质合金是由一种或多种高硬度、高弹性模量的难熔金属碳化物(通常由间隙化 合物WC-TIC等作为主相）和过渡族金属Fe、CO、Ni或其他合金作为粘结相组成的多相复 合材料，其中碳化物主相为合金提供高的硬度和耐磨性，而过渡族金属粘结相为合金提供 必需的韧性，一般这种复合结构材料经过粉末制备、压制成型和高温烧结等粉末冶金方法 制备，硬质合金具有许多优良的力学性能，包括很高的硬度和良好的耐磨性，特别在高温 下仍保持较高的硬度和强度，相对于其他超硬工具材料，钨钻类硬质合金（WC-C)具有较好 的抗拉强度和断裂軔性，基于上述优异的性能，用硬质合金作为工具材料可以成倍甚至上 百倍提高工具的寿命，提升切削速度和钻进速度，大大提高生产效率，采用硬质合金实现 高速切削可以提高工件的加工尺寸精度，降低表面粗糙度，更好地适应加工工业机械化和 自动化发展要求，硬质合金制成的切削工具还可以用来加工普通高速钢难以加工的耐热合 金、钦合金、超硬铸铁等材料，这就使其在工具材料、耐磨材料、耐高温和耐腐蚀材料等领域 占有重要的地位，引起了金属切削加工工业的革命，被誉为工业的牙齿，因此，迫切需要研 制一种高强度的碳化钨材料来满足生产的需求，且制备工艺要简单，成本低廉，可实现自动 化生产。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的问题是提供一种制备工艺简单，成本低廉，强度高的WC纳米硬 质合金材料的制备工艺。
[0004]为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所提供的一种高强度WC纳米硬质 合金材料的制备工艺，包括下述工艺步骤： (1) 原料准备：选用纯度大于99. 9%的氧化钨粉末和纯度大于99%的石墨粉末，并按照 1:4的摩尔质量比称取总重为50-60g的混合粉末； (2) 机械力活化：按照球料比为10:1选择好磨球后，将步骤（1)中准备好的混合粉末和 磨球一同装入球磨罐，启动球磨机，并控制球磨机的转速为 345_355r/min，待球磨机连续运 转10-12h后，取出粉末。
[0005] (3)真空加热：将步骤（2)中经机械力活化后的粉末装入瓷舟内，并置于真空炉中 进行加热，控制加热温度为1210-122〇。〇,真空度保持在13-i8Pa，控制升温速率为9-12°C / min,持续加热1-2h。
[0006] (4)冷却：经步骤（3)加热完成后，将反应后的粉末置于真空中冷却至室温即可制 得成品。
[0007]优选的'所述步骤（1)中氧化钨粉末中氧与钨原子的化学比范围为2. 95-3.0,为 黄色氧化钨，粉末颗粒为球形，粒径为〇· 2-2mn，所述石墨的平均颗粒度为3utn。
[0008] 优选的，所述步骤（1)中所用的石墨需进行干燥处理，具体工艺步骤为， (1) 将石墨粉末置于烘干机内，控制千燥温度为250°C，控制干燥时间为lh ; (2) 将干燥后的石墨粉末置于密闭的器皿中冷却至室温25°C即可。
[0009] 优选的，所述步骤（2)中所用的磨球为硬质合金磨球，其直径为9-10mm。
[0010] 优选的，所述步骤（2)中所用的球磨机为QM-1SP4行星式球磨机。
[0011] 优选的，所述步骤（3)中所用的真空炉为自动控温真空炉，可控最高温度为 2000。。。
[0012] 采用本发明的技术方案，本工艺方法中采用机械力活化制备WC纳米硬质合金材 料，该工艺方法流程简单，制备速度快，制备出的WC纳米硬质合金材料质量好，强度高，不 易被环境污染，制备过程中通过选取优质的氧化钨和石墨粉末原料，控制好加热温度、加热 时间以及升温速率等参数，使得制备出的WC纳米硬质合金材料强度超过了同类材料，硬度 高，韧性大，膨胀系数小，热传导率大，弹性模量高，具有很高的抗压强度以及耐磨性，且制 备过程中通过优选制备加工设备，选用了性能优良的球磨机和真空炉，提高了制备速率和 材料质量。
【具体实施方式】
[0013] 实施例1 : (1) 原料准备：选用纯度大于"· 9%的氧化钨粉末和纯度大于99%的石墨粉末，并按照 1:4的摩尔质量比称取总重为51g的混合粉末，其中，所述氧化钨粉末中氧与钨原子的化学 比范围为2. 95,为黄色氧化钨，粉末颗粒为球形，粒径为〇. 2um，所述石墨的平均颗粒度为 3um ； (2) 机械力活化：按照球料比为10:1选择直径为9mm磨球后，将步骤（1)中准备好的混 合粉末和磨球一同装入球磨罐，启动QM-1SP4行星式球磨机，并控制球磨机的转速为346r/ min，待球磨机连续运转10h后，取出粉末。
[0014] (3)真空加热：将步骤（2)中经机械力活化后的粉末装入瓷舟内，并置于自动控 温真空炉中进行加热，控制加热温度为1211°C，真空度保持在13Pa，控制升温速率为9°C / min，持续加热lh。
[0015] (4)冷却：经步骤（3)加热完成后，将反应后的粉末置于真空中冷却至室温即可制 得成品。
[0016] 实施例2 :其余与实施例1相同，不同之处在于所述步骤（1)中，称取的混合粉末的 总重为52g，所述氧化钨粉末中氧与钨原子的化学比范围为2. 96,粒径为0. Sum ;所述步骤 (2)中，所用的磨球直径为10mm，控制球磨机转速为350 r/min,控制运转时间为llh ;所述 步骤（3)中，控制加热温度为1216°C，控制真空度为15Pa，控制升温速率为11°C /min，控制 加热时间为1. 5h。
[0017] 实施例3 :其余与实施例1相同，不同之处在于所述步骤（D中，称取的混合粉末的 总重为56g，所述氧化钨粉末中氧与钨原子的化学比范围为2. 98,粒径为0. 9um ;所述步骤 (2)中，所用的磨球直径为10mm，控制球磨机转速为352 r/min，控制运转时间为10. 5h ;所 述步骤（3)中，控制加热温度为1218?，控制真空度为16Pa,控制升温速率为12°C /min，控 制加热时间为2h。 ^
[0018]经过以上工艺步骤后，取出WC纳米確席4各姑Μ垤"口"牲、Μ -
【权利要求】
1. 一种高强度WC纳米硬质合金材料的制备工艺，包括下述工艺步骤： (1) 原料准备：选用纯度大于99. 9%的氧化钨粉末和纯度大于99%的石墨粉末，并按照 1:4的摩尔质量比称取总重为50-60g的混合粉末； (2) 机械力活化：按照球料比为10:1选择好磨球后，将步骤（1)中准备好的混合粉末和 磨球一同装入球磨罐，启动球磨机，并控制球磨机的转速为345-355r/min，待球磨机连续运 转io-ia后，取出粉末； (3) 真空加热：将步骤（2)中经机械力活化后的粉末装入瓷舟内，并置于真空炉中进行 加热，控制加热温度为1210_1220°C，真空度保持在13-18Pa，控制升温速率为9-12°C /min， 持续加热l_2h ; (4) 冷却：经步骤（3)加热完成后，将反应后的粉末置于真空中冷却至室温即可制得成 品。
2. 根据权利要求1所述的一种高强度WC纳米硬质合金材料的制备工艺，其特征在于： 所述步骤（1)中氧化钨粉末中氧与钨原子的化学比范围为2. 95-3.0,为黄色氧化钨，粉末 颗粒为球形，粒径为〇· 2-2um，所述石墨的平均颗粒度为3um。
3. 根据权利要求1所述的一种高强度WC纳米硬质合金材料的制备工艺，其特征在于： 所述步骤（1)中所用的石墨需进行干燥处理，具体工艺步骤为， (1) 将石墨粉末置于烘干机内，控制干燥温度为200-350°C，控制干燥时间为l_2h ; (2) 将干燥后的石墨粉末置于密闭的器皿中冷却至室温25°C即可。
4. 根据权利要求1所述的一种高强度WC纳米硬质合金材料的制备工艺，其特征在于： 所述步骤（2)中所用的磨球为硬质合金磨球，其直径为9-10mm。
5. 根据权利要求1所述的一种高强度WC纳米硬质合金材料的制备工艺，其特征在于： 所述步骤（2)中所用的球磨机为QM-1SP4行星式球磨机。
6. 根据权利要求1所述的一种高强度WC纳米硬质合金材料的制备工艺，其特征在于： 所述步骤（3)中所用的真空炉为自动控温真空炉，可控最高温度为2000°C。
【文档编号】C22C29/08GK104232963SQ201410376208
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月3日 优先权日:2014年8月3日
【发明者】姬胜国 申请人:青岛锐志农业技术服务有限公司