一种高耐磨硬质合金材料及其制备方法与应用与流程

文档序号:17775821发布日期:2019-05-28 20:06阅读:257来源:国知局
一种高耐磨硬质合金材料及其制备方法与应用与流程
本发明属于合金
技术领域
,特别涉及一种高耐磨硬质合金及其制备方法和应用。
背景技术
:硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。硬质合金作为一类特殊工具材料已经广泛用于制造切削工具、刀具、钴具和耐磨零部件,广泛应用于军工、航天航空、机械加工、冶金、石油钻井、矿山工具、电子通讯、建筑等领域。申请号为201510541956.7的中国专利公开了一种硬质合金材料,所述硬质合金材料由以下重量百分比的组分组成:1~20%粘结相,80~99%硬质相,所述硬质相由wc和tialcn组成,所述wc占所述硬质合金材料的重量百分比为60~98.5%,所述tialcn占所述硬质合金材料的重量百分比为0.5~20%。现有技术提供的这种硬质合金能够使硬质相具有较高的硬度和抗氧化性能,能够提高制得的硬质合金工具的高温强度、硬度和韧性,tialcn硬质相还能够细化wc硬质相晶粒,提高硬质合金的硬度、强度和韧性;tialcn硬质相在硬质合金高温使用过程中,能够在工具表面能够形成致密氧化物保护膜,抗氧化温度达到800℃以上,并且抗硫化和抗各种介质腐蚀,硬质合金工具可在高温和恶劣的环境下工作。但是这种硬质合金的强度、硬度以及耐磨性仍然有待提高,以便使硬质合金更好的应用。技术实现要素:为了克服现有技术中存在的缺点与不足,本发明的首要目的在于提供一种高耐磨硬质合金;该硬质合金具有较好的强度、硬度和高耐磨性。本发明的又一目的在于提供一种上述高耐磨硬质合金的制备方法。本发明的再一目的在于提供一种上述高耐磨硬质合金的应用。本发明目的通过以下技术方案实现:一种高耐磨硬质合金,该高耐磨硬质合金是由体积比为10∶90-50∶50的tic-ni-mo基球形颗粒与wc-co基粉体组成;所述tic-ni-mo基球形颗粒包括以下按质量百分比计的组分:73~90wt%的tic、2~15wt%的ni、0.5~6wt%的mo、0.5~2wt%的cr3c2、0.5~2wt%的hfc、0.5~2wt%的tib2、0.5~2wt%的la;所述wc-co基粉体包括以下按质量百分比计的组分:70~85wt%的wc、10~20wt%的co、0.5~5wt%的sic、1~5wt%的ni3al、0.5~1.5wt%的v、0.5~1.5wt%的y、0.5~1.5wt%的la、0.5~1.5wt%的yb6。所述tic-ni-mo基球形颗粒的粒度为5~100微米;所述tic-ni-mo基球形颗粒是采用喷雾造粒法或者机械粉碎法造粒,然后通过预烧结至900-1000℃,保温30-60min,预烧结成型。所述高耐磨硬质合金的断裂韧性高达18mpa·m1/2,其耐磨性比结构均匀的常规金属陶瓷提高15-30%。上述的一种高耐磨硬质合金的制备方法,包括以下操作步骤:(1)将tic-ni-mo基球形颗粒与wc-co基粉体装入内径50-100mm的石墨模具,置入煅烧炉中;(2)向炉体通入氩气作为保护气体,施加预压力5mpa,以1-2℃/min的升温速率升温至700-800℃后,保温30min;(3)将轴向压力增加到15mpa,以1-2℃/min的升温速率继续升温至1200℃,当温度达到1200℃时保温5min,在1050℃开始增加轴向压力,并在温度升高至1200℃时,将轴向压力增加到50mpa;(4)再将温度降至1050-1090℃,保持轴向压力50mpa,保压保温时间8-48h;(5)保温完成后降温到900℃,降温速率1-2℃/min,同时卸压;(6)降温到900℃后,材料随炉自然冷却到室温,再将烧结体取出,得到高耐磨硬质合金。上述的一种高耐磨硬质合金在制备切削刀具以及基础建设、矿产开发、石油钻井领域的专用工具中的应用。与现有技术相比,本发明具有以下优点及有益效果:在现有技术中,材料体系通常是均匀的,如果做成tic-ni-mo基球形颗粒与wc-co基粉体,难以消除tic-ni-mo基球形颗粒内部、tic-ni-mo基球形颗粒与tic-ni-mo基球形颗粒之间、tic-ni-mo基球形颗粒与wc-co基粉体、wc-co基粉体与wc-co基粉体之间的微小空隙;本发明采用低温保压法,在wc、tic晶粒不长大或很少长大的同时提升致密度;在本发明制备原料和制备方法的共同作用下,完全消除tic-ni-mo基球形颗粒内部、tic-ni-mo基球形颗粒与tic-ni-mo基球形颗粒之间、tic-ni-mo基球形颗粒与wc-co基粉体、wc-co基粉体与wc-co基粉体之间的微小空隙,进而实现该合金的完全致密。tic-ni-mo基球形颗粒在合金中起到硬质相的作用,wc-co基在合金中起到韧性相的作用,在硬质相与韧性相存在明显硬度差且完全致密的特征下,使得本发明中硬质合金的耐磨性得以明显改善。同时硬硬质相与硬质相之间的平均自由程增大且完全致密的特征下,使得合金的韧性有所提升。因而,本发明使得该硬质合金的耐磨性与韧性都得以改善。本发明按照astme399测试了本发明中硬质合金的断裂韧性,结果表明,本发明中的硬质合金的断裂韧性高达18mpa·m1/2。本发明按照astmb611测试了本发明中硬质合金的耐磨性,结果表明,本发明中的硬质合金的耐磨性比结构均匀的常规金属陶瓷提高15-30%。附图说明图1为低温保压法烧结工艺图。图2为传统热压烧结工艺图。具体实施方式下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。以下实施例3采用本发明低温保压法烧结工艺,如图1所示;对比例1采用传统热压烧结工艺如图2所示。实施例1一种高耐磨硬质合金,其特征在于:该高耐磨硬质合金是由体积比为50∶50的tic-ni-mo基球形颗粒与wc-co基粉体组成;所述tic-ni-mo基球形颗粒包括以下按质量百分比计的组分:73wt%的tic、15wt%的ni、6wt%的mo、2wt%的cr3c2、2wt%的hfc、1wt%的tib2、1wt%的la,tic-ni-mo基球形颗粒的粒度为5~100微米,是采用喷雾造粒法或者机械粉碎法造粒,然后通过预烧结至900℃,保温60min,预烧结成型;所述wc-co基粉体包括以下按质量百分比计的组分:70wt%的wc、20wt%的co、2wt%的sic、2wt%的ni3al、1.5wt%的v、1.5wt%的y、1.5wt%的la、1.5wt%的yb6。其制备方法具体按照以下操作步骤:(1)将tic-ni-mo基球形颗粒与wc-co基粉体装入内径50mm的石墨模具,置入煅烧炉中;(2)向炉体通入氩气作为保护气体,施加预压力5mpa,以1℃/min的升温速率升温至700℃后,保温30min;(3)以1℃/min的升温速率继续升温至1200℃,当温度达到1200℃时保温5min,在1050℃开始增加轴向压力,并在温度升高至1200℃时,轴向压力增加到50mpa;(4)再将温度降至1050℃,保持轴向压力50mpa,保压保温时间48h;(5)保温完成后降温到900℃,降温速率1℃/min,同时卸压;(6)降温到900℃后,材料随炉自然冷却到室温,再将烧结体取出,得到高耐磨硬质合金。实施例2一种高耐磨硬质合金,其特征在于:该高耐磨硬质合金是由体积比为50:50的tic-ni-mo基球形颗粒与wc-co基粉体组成;所述tic-ni-mo基球形颗粒包括以下按质量百分比计的组分:90wt%的tic、2wt%的ni、6wt%的mo、0.5wt%的cr3c2、0.5wt%的hfc、0.5wt%的tib2、0.5wt%的la,tic-ni-mo基球形颗粒的粒度为5~100微米,是采用喷雾造粒法或者机械粉碎法造粒,然后通过预烧结至1000℃,保温30min,预烧结成型;所述wc-co基粉体包括以下按质量百分比计的组分:85wt%的wc、10wt%的co、0.5wt%的sic、2.5wt%的ni3al、0.5wt%的v、0.5wt%的y、0.5wt%的la、0.5wt%的yb6。其制备方法具体按照以下操作步骤:(1)将tic-ni-mo基球形颗粒与wc-co基粉体装入内径100mm的石墨模具,置入煅烧炉中;(2)向炉体通入氩气作为保护气体,施加预压力5mpa,以2℃/min的升温速率升温至800℃后,保温30min;(3)以2℃/min的升温速率继续升温至1200℃,当温度达到1200℃时保温5min,在1050℃开始增加轴向压力,并在温度升高至1200℃时,轴向压力增加到50mpa;(4)再将温度降至1090℃,保持轴向压力50mpa,保压保温时间8h;(5)保温完成后降温到900℃,降温速率2℃/min,同时卸压;(6)降温到900℃后,材料随炉自然冷却到室温,再将烧结体取出,得到高耐磨硬质合金。实施例3一种高耐磨硬质合金,其特征在于:该高耐磨硬质合金是由体积比为10∶90的tic-ni-mo基球形颗粒与wc-co基粉体组成;所述tic-ni-mo基球形颗粒包括以下按质量百分比计的组分:80wt%的tic、10wt%的ni、2wt%的mo、2wt%的cr3c2、2wt%的hfc、2wt%的tib2、2wt%的la,tic-ni-mo基球形颗粒的粒度为5~100微米,是采用喷雾造粒法或者机械粉碎法造粒,然后通过预烧结至950℃,保温50min,预烧结成型;所述wc-co基粉体包括以下按质量百分比计的组分:80wt%的wc、10wt%的co、5wt%的sic、1wt%的ni3al、1.5wt%的v、1.5wt%的y、0.5wt%的la、0.5wt%的yb6。其制备方法具体按照以下操作步骤:(1)将tic-ni-mo基球形颗粒与wc-co基粉体装入内径80mm的石墨模具,置入煅烧炉中;(2)向炉体通入氩气作为保护气体,施加预压力5mpa,以2℃/min的升温速率升温至750℃后,保温30min;(3)以2℃/min的升温速率继续升温至1200℃,当温度达到1200℃时保温5min,在1050℃开始增加轴向压力,并在温度升高至1200℃时,轴向压力增加到50mpa;(4)再将温度降至1090℃,保持轴向压力50mpa,保压保温时间24h;(5)保温完成后降温到900℃,降温速率2℃/min,同时卸压;(6)降温到900℃后,材料随炉自然冷却到室温,再将烧结体取出,得到高耐磨硬质合金。实施例4一种高耐磨硬质合金,其特征在于:该高耐磨硬质合金是由体积比为30∶70的tic-ni-mo基球形颗粒与wc-co基粉体组成;所述tic-ni-mo基球形颗粒包括以下按质量百分比计的组分:85wt%的tic、2~15wt%的ni、3wt%的mo、1wt%的cr3c2、1wt%的hfc、1wt%的tib2、1wt%的la,tic-ni-mo基球形颗粒的粒度为5~100微米,是采用喷雾造粒法或者机械粉碎法造粒,然后通过预烧结至900℃,保温40min,预烧结成型;所述wc-co基粉体包括以下按质量百分比计的组分:75wt%的wc、15wt%的co、3wt%的sic、2.5wt%的ni3a1、1.5wt%的v、1.5wt%的y、1.5wt%的la、1.5wt%的yb6。其制备方法具体按照以下操作步骤:(1)将tic-ni-mo基球形颗粒与wc-co基粉体装入内径50mm的石墨模具,置入煅烧炉中;(2)向炉体通入氩气作为保护气体,施加预压力5mpa,以2℃/min的升温速率升温至700℃后,保温30min;(3)以1℃/min的升温速率继续升温至1200℃,当温度达到1200℃时保温5min,在1050℃开始增加轴向压力,并在温度升高至1200℃时,轴向压力增加到50mpa;(4)再将温度降至1050℃,保持轴向压力50mpa,保压保温时间32h;(5)保温完成后降温到900℃,降温速率2℃/min,同时卸压;(6)降温到900℃后,材料随炉自然冷却到室温,再将烧结体取出,得到高耐磨硬质合金。对比例1一种高耐磨硬质合金,其特征在于:该高耐磨硬质合金是由体积比为50:50的tic-ni-mo基球形颗粒与wc-co基粉体组成;所述tic-ni-mo基球形颗粒包括以下按质量百分比计的组分:73wt%的tic、15wt%的ni、6wt%的mo、2wt%的cr3c2、2wt%的hfc、1wt%的tib2、1wt%的la,tic-ni-mo基球形颗粒的粒度为5~100微米,是采用喷雾造粒法或者机械粉碎法造粒,然后通过预烧结至900℃,保温60min,预烧结成型;所述wc-co基粉体包括以下按质量百分比计的组分:70wt%的wc、20wt%的co、2wt%的sic、2wt%的ni3al、1.5wt%的v、1.5wt%的y、1.5wt%的la、1.5wt%的yb6。其制备方法具体按照以下操作步骤:(1)将tic-ni-mo基球形颗粒与wc-co基粉体装入内径50mm的石墨模具,置入煅烧炉中;(2)向炉体通入氩气作为保护气体,施加预压力5mpa,以1℃/min的升温速率升温至750℃后,保温30min;(3)以1℃/min的升温速率继续升温至1200℃,当温度达到1200℃时保压保温60min,在1050℃开始增加轴向压力,并在温度升高至1200℃时,轴向压力增加到50mpa;保温过程中同时保压;(4)保温完成后降温到900℃,降温速率1℃/min,同时卸压;(5)降温到900℃后,材料随炉自然冷却到室温,再将烧结体取出,得到高耐磨硬质合金。对比例2一种高耐磨硬质合金,其特征在于:该高耐磨硬质合金是由体积比为50∶50的tic-ni-mo基球形颗粒与wc-co基粉体组成;所述tic-ni-mo基球形颗粒包括以下按质量百分比计的组分:79wt%的tic、15wt%的ni、6wt%的mo,tic-ni-mo基球形颗粒的粒度为5~100微米,是采用机械粉碎法造粒,然后通过预烧结至900℃,保温60min,预烧结成型;所述wc-co基粉体包括以下按质量百分比计的组分:80wt%的wc、20wt%的co。其制备方法具体按照以下操作步骤:(1)将tic-ni-mo球形颗粒与wc-co粉体装入内径50mm的石墨模具,置入煅烧炉中;(2)向炉体通入氩气作为保护气体,施加预压力5mpa,以1℃/min的升温速率升温至700℃后,保温30min;(3)以1℃/min的升温速率继续升温至1200℃,当温度达到1200℃时保温5min,在1050℃开始增加轴向压力,并在温度升高至1200℃时,轴向压力增加到50mpa;(4)再将温度降至1090℃,保持轴向压力50mpa,保压保温时间48h;(5)保温完成后降温到900℃,降温速率1℃/min,同时卸压;(6)降温到900℃后,材料随炉自然冷却到室温,再将烧结体取出,得到高耐磨硬质合金。最后对本发明实施例1-4和对比例1-2所得硬质合金进行一些性能检测,获得数据在此处用表1的形式列出,可以看得出采用本发明所述配方和方法才能得出最佳方案。数据能体现出说明书中提到的本发明按照astmb611测试了本发明中硬质合金的耐磨性,结果表明,本发明中的硬质合金的耐磨性比常规金属陶瓷提高50-120%”。表1复合硬质合金性能检测数据样品耐磨性krev硬度hv30实施例12.62060实施例22.22030实施例32.42050实施例42.12000对比例11.41730对比例21.61760上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12
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