一种高性能超细硬质合金的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于超细硬质合金制备领域，具体涉及一种制备高性能超细硬质合金的方法。
【背景技术】
[0002]硬质合金因其硬度高、耐磨性好、机械强度高、弹性模量高、抗氧化能力强、热膨胀系数小、耐腐蚀、耐磨、良好的化学稳定性等特性，在现代刀具材料、模具材料、钻具和耐磨零部件材料的发展中占据了重要地位，被广泛应用在军工、航空航天、机械加工、冶金、石油钻井、电子通讯等领域。随着经济的持续高速发展，高技术含量和高质量稳定的超细硬质合金必然在未来高新技术武器装备、尖端科学技术、核能源发展方面占据重要地位。
[0003]在制备硬质合金时，通过传统方法制备出的硬质合金的粒度始终大于其原始颗粒尺寸(通常在ι-?ο微米左右)，这种大颗粒合金会表现出较大的脆性、硬度和强度矛盾(即硬度高则强度低，强度高则硬度低)、加工软化等问题。降低硬质相WC的平均尺寸，可以得到强度、硬度和韧性更好的合金材料。硬质合金粉末对温度十分敏感，在烧结过程中遇到高温会迅速长大。细化晶粒，成为制备超细甚至纳米硬质合金的主要技术指标之一。
[0004]细化晶粒，比较有效的方法是添加晶粒抑制剂和采用先进的烧结方式，目前，常用的晶粒抑制剂有Cr3C2、VSC7。在制备硬质合金的过程中，所使用的晶粒抑制剂普遍存在成分单一、颗粒粗大、分散不佳，所以难以有效抑制WC晶粒长大等关键问题。即使同时加入两种晶粒抑制剂，也仅仅属于机械混合，不能更好地起到细化晶粒，提高硬质合金综合性能的作用。而通过加入原位合成的纳米碳化钒/铬复合粉末，可以充分地发挥晶粒抑制剂细化晶粒的作用，提高硬质合金的硬度、强度等性能。同时，烧结技术在制备超细硬质合金的过程中影响非常大，与传统的烧结技术相比，比较先进的有低压热等静压烧结、放电等离子烧结、选择性激光烧结等，但是这些方法普遍存在着生产成本较高，工艺有待完善，应用受到限制，不适合高性能超细硬质合金的制备。而微波烧结技术具有升温速度快、加热效率高等特点，它是利用材料本身吸收微波能后的原子振荡发热使得材料受热均匀，避免因过热导致晶体的异常长大，能够缩短烧结时间，显著降低烧结温度从而提高致密度，细化晶粒。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种高性能超细硬质合金的制备方法，以便更好满足超细硬质合金在刀具行业、机械加工、电子通讯领域的应用。
[0006]本发明的高性能超细硬质合金的制备方法包括以下几个步骤:
a、按比例取纳米三氧化二铬、钒酸氨、碳质还原剂，经过均匀混合后置于微波烧结炉中进行烧结，制得纳米碳化钒/铬复合晶粒抑制剂。
[0007]b、按配比称量纳米级的WC粉末和Co粉末，或者是纳米级的WC粉末、Co粉末、TiC粉末，加入0.5-2%的复合晶粒抑制剂，经混合、球磨、干燥、压制等工艺后，对其进行微波烧结，制得超细硬质合金。该硬质合金相对于现有方法制备的硬质合金致密度提高3-10%，硬度(HRA)提高3-17%，抗弯强度提高33-80%。且该硬质合金的内部缺陷大大减少，几乎没有孔隙的存在，硬质相和粘结相分散均匀，WC晶粒平均尺寸接近纳米级。
[0008]本发明所述的制备高性能超细硬质合金的方法中，制备纳米碳化钒/铬复合晶粒抑制剂的原料配比分别为:纳米三氧化二铬为21-36%，钒酸氨为21-36%，碳质还原剂为28-58%ο
[0009]本发明所述的制备高性能超细硬质合金的方法中，制备纳米碳化钒/铬复合晶粒抑制剂的碳质还原剂为纳米碳黑，葡萄糖、蔗糖、柠檬酸中的任意一种。
[0010]本发明所述的制备高性能超细硬质合金的方法中，制备纳米碳化钒/铬复合晶粒抑制剂的微波烧结工艺在流动的惰性气体保护下进行，烧结温度为600-1200°C，保温时间为 0.5-2ho
[0011 ] 本发明所述的制备高性能超细硬质合金的方法中，混合、球磨是在高能球磨机、滚动球磨机或研磨机中任意一种设备中进行。
[0012]本发明所述的制备高性能超细硬质合金的方法中，球磨后干燥温度为50_80°C，干燥时间为12-36h。
[0013]本发明所述的制备高性能超细硬质合金的方法中，压制工艺采用模压法或模压、等静压相结合的任意一种。
[0014]本发明所述的制备高性能超细硬质合金的方法中，微波烧结在流动的惰性气体保护下进行，升温速率为5-50°C /min,温度为1100-1400°C。
[0015]与现有的硬质合金制备方法相比，本发明的优点在于:
(I)有效地细化硬质合金晶粒大小。添加原位合成的碳化钒/铬复合粉末，充分发挥了晶粒抑制剂细化晶粒的作用，使硬质合金的晶粒尺寸明显减小，接近纳米级，并且内部结构优良，缺陷大大减少，提高了合金的硬度、强度、致密度等综合性能。
[0016](2)在烧结过程中，添加复合晶粒抑制剂和微波烧结的方法有助于降低反应温度，缩短反应时间，节约能源，且晶体在长大过程中受热均匀，避免因过热导致晶体的异常长大，从而大大提高了硬质合金的综合性能。
【具体实施方式】
[0017]实施例1:
按重量比称取钒酸氨35%，纳米三氧化二铬35%，纳米碳黑30%，经过均匀混合后置于微波烧结炉中，在氩气保护下，在900-1200°C，0.5-2h的条件下进行烧结，制得纳米碳化钒/铬复合粉末。按重量比取92%纳米级的WC粉末和8%的Co粉末，加入0.5-2%的纳米碳化钒/铬复合粉末，经过球磨、干燥工艺后，采用模压法进行压制，然后放入多功能微波烧结炉中进行微波烧结，制得高性能YG类超细硬质合金。结果显示，该超细硬质合金内部结构优良，致密度提高3-10%，硬度(HRA)提高3-17%，抗弯强度提高33_80%。
[0018]实施例2:
按重量比称取钒酸氨35%，纳米三氧化二铬35%，纳米碳黑30%，经过均匀混合后置于微波烧结炉中，在氩气保护下，在900-1200°C，0.5-2h的条件下进行烧结，制得纳米碳化钒/铬复合粉末。按重量比取77%纳米级的WC粉末、8%的Co粉末和15%的TiC粉末，然后加入0.5-2%的纳米碳化钒/铬复合粉末，经过球磨、干燥工艺后，采用模压法和等静压法结合的方式进行压制，然后放入多功能微波烧结炉中进行微波烧结，制得高性能YT类超细硬质合金。结果显示，该超细硬质合金内部结构优良，致密度提高3-10%，硬度(HRA)提