一种Sr₂Nb₂O₇增韧WC-8%Co硬质合金复合材料及其制备方法

专利名称：一种Sr₂Nb₂O₇增韧WC-8%Co硬质合金复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明设计材料领域,特别是涉及一种Sr2Nb2O7增韧WC-8% Co硬质合金复合材料及其制备方法。该材料为高强度、高韧性复合材料。
背景技术：
WC-8% Co基硬质合金具有特殊的耐腐蚀性、高硬度、优良的断裂韧性和抗压强度，有现代工业牙齿之称，在机械、冶金、矿山、精密仪器、军事等工业中占有极其重要的地位，应用硬质合金制造的各类工程钻头，成为了不可取代的产品。由于这些领域在国民经济中占有很重要的份额，潜在着巨大的经济利益，因此国内外一直致力于开发更优良的矿用硬质合金，以制造更耐磨、更高效率的工程钻头。硬质合金主要含WC和Co，矿用硬质合金的通常成分是WC-10%Co，降低Co含量，合金的耐磨性提高，但韧性降低，脆性增加，容易使钻头发生碎裂，这是一个长期阻碍硬质合金发展的壁垒。·目前，随着压电/铁电第二相增韧陶瓷材料的广泛开展，采用压电/铁电第二相增韧硬质合金材料以替代金属相的研究也逐渐得到了重视。根据压电/铁电第二相增韧理论，采用Sr2Nb2O7增韧WC-8% Co硬质合金，可大幅度提高其韧性。Sr2Nb2O7增韧WC_8% Co硬质合金复合材料，由于Sr2Nb2O7第二相并不与基体WC-8% Co反应,而且由于其具有压电性与铁电性，在基体中，当裂纹扩展到压电第二相粒子的时候，由于压电材料的机电转换作用会将部分弹性能转化为电能释放，还可以通过畴转来耗散部分弹性能，从而增加了裂纹扩展的阻力，达到增韧的目的。我国近年来也开展了对压电/铁电第二相增韧材料的研究，一般以钛酸钡或钛酸锶等压电第二相增韧氧化锆基复合材料为主，有关Sr2Nb2O7增韧WC-8%Co硬质合金复合材料方面的研究尚未见报道。

发明内容
本发明的目的在于提供一种硬度高、抗压强度好、韧性高、制备工艺简单、成本低的Sr2Nb2O7增韧WC-8% Co硬质合金复合材料及其制备工艺。本发明的目的是通过以下技术方案实现的一种Sr2Nb2O7增韧WC-8 % Co硬质合金复合材料是将Sr2Nb2O7均匀分布在WC-8 %Co硬质合金中；按质量百分比计，Sr2Nb2O7占整个Sr2Nb2O7增韧WC-8% Co硬质合金复合材料的3-8%。所述的WC-8% Co硬质合金中Co的质量含量占8%。Sr2Nb2O7增韧WC_8% Co硬质合金复合材料是由以下方法制备而成的(I)配料将质量百分比为92-97%的WC-8% Co硬质合金粉末和3_8%的Sr2Nb2O7粉末混合，得到配料；(2)研磨将步骤⑴配好的配料与无水乙醇混合，放入球磨机内研磨O. 5-20h,得到均匀的混合料；
(3)制坯将混合料制成毛坯；(4)烧结将制好的毛坯在真空中加热至1300-1700°C区间的任一温度，保温I-IOh,随炉冷却，得到Sr2Nb2O7增韧WC-8 % Co硬质合金复合材料。步骤(I)中WC-8% Co硬质合金粉末和Sr2Nb2O7粉末粒度都在-300目。步骤(2)无水乙醇与配料的体积比为2 I 4 : I。
步骤(2)研磨控制转速150_200rpm。本发明是采用粉末冶金技术，以WC-8% Co为基体，通过添加压电/铁电第二相Sr2Nb2O7,通过一定的制备工艺，从而制得Sr2Nb2O7增韧WC_8% Co硬质合金复合材料，其特点是(I)硬度高、韧性好材料中Co含量较常用的WC-10%CO硬质合金中的Co含量低，可以提高其硬度；又由于Sr2Nb2O7并不与基体WC-8% Co反应，而且由于它的压电性与铁电性，在基体中，当裂纹扩展到压电第二相粒子的时候，由于压电材料的机电转换作用会将部分弹性能转化为电能释放，还可以通过畴转来耗散部分弹性能，从而增加了裂纹扩展的阻力，提高材料的韧性。(2)制备工艺简单，成本低。本发明的Sr2Nb2O7增韧WC-8 % Co硬质合金复合材料具有优良的物理性能和力学性能，是一种新型功能材料，可以应用于机械、冶金、矿山、精密仪器、军事等行业，用于制造各种刀片、凿岩球齿等磨具材料。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但应理解本发明的范围非仅限于这些实施例的范围。实施例I :按化学成分要求，将符合配方的粒径均为-300目的质量百分比为92%的WC_8%Co硬质合金粉末和8%的Sr2Nb2O7粉末混合，得到配料；将配好的配料加入无水乙醇混合，控制无水乙醇与配料的体积比为2 : I,放入球磨机内控制转速150rpm,研磨O. 5h,得到均匀的混合料；按常规的粉末冶金工艺，将混合料制成规则形状，制得毛坯；将制好的产品毛坯在真空中加热至1300°C，保温10h，随炉冷却，得到Sr2Nb2O7增韧的WC_8% Co硬质合金复合材料。制备的硬质合金性能如下抗压强度1020MPa ;硬度911 ;比重14. 3g/m3 ;冲击功ak 13. 4J/cm2。实施例2 按化学成分要求，将符合配方的粒径均为-300目的质量百分比为97%的WC-8%Co硬质合金粉末和3%的Sr2Nb2O7粉末混合，得到配料；将配好的配料加入无水乙醇混合，控制无水乙醇与配料的体积比为3 : I,放入球磨机内控制转速175rpm,研磨20h,得到均勻的混合料；按常规的粉末冶金工艺，将混合料制成规则形状，制得毛坯；将制好的产品毛坯在真空中加热至1700°C，保温10h，随炉冷却，得到Sr2Nb2O7增韧的WC_8% Co硬质合金复合材料。制备的硬质合金性能如下抗压强度1070MPa ;硬度91. 6 ;比重14. 5g/m3 ;冲击功ak 14. 4J/cm2。
实施例3 按化学成分要求，将符合配方的粒径均为-300目的质量百分比为95%的WC-8%Co硬质合金粉末和5%的Sr2Nb2O7粉末混合，得到配料；将配好的配料加入无水乙醇混合，控制无水乙醇与配料的体积比为4 1，放入球磨机内控制转速200rpm，研磨10h，得到均匀的混合料；按常规的粉末冶金工艺，将混合料制成规则形状，制得毛坯；将制好的产品毛坯在真空中加热至1500°C，保温5h，随炉冷却，得到Sr2Nb2O7增韧的WC_8% Co硬质合金复合材料。制备的硬质合金性能如下抗压强度1040MPa ;硬度91. 3 ;比重14. 4g/m3 ;冲击功ak 14. IJ/cm2。
权利要求
1.一种Sr2Nb2O7增韧WC-8% Co硬质合金复合材料，其特征是所述的材料是将Sr2Nb2O7均匀分布在WC-8% Co硬质合金中；按质量百分比计，Sr2Nb2O7占整个Sr2Nb2O7增韧WC-8% Co硬质合金复合材料的3-8%。
2.根据权利要求I所述的复合材料,其特征是所述的WC-8%Co硬质合金中Co的质量含量占8%。
3.根据权利要求2所述的复合材料，其特征是=Sr2Nb2O7增韧WC_8%Co硬质合金复合材料是由以下方法制备而成的 (1)配料将质量百分比为92-97%的WC-8%Co硬质合金粉末和3_8%的Sr2Nb2O7粉末混合，得到配料； (2)研磨将步骤(I)配好的配料与无水乙醇混合，放入球磨机内研磨O.5-20h，得到均匀的混合料； (3)制坯将混合料制成毛坯； (4)烧结将制好的毛坯在真空中加热至1300-1700°C区间的任一温度，保温Ι-lOh，随炉冷却，得到Sr2Nb2O7增韧WC-8% Co硬质合金复合材料。
4.根据权利要求3所述的复合材料，其特征是步骤(I)中WC-8%Co硬质合金粉末和Sr2Nb2O7粉末粒度都在-300目。
5.根据权利要求3所述的复合材料，其特征是步骤(2)无水乙醇与配料的体积比为2 : I 4 : I。
6.根据权利要求3所述的复合材料,其特征是步骤(2)研磨控制转速150-200rpm。
7.权利要求1-6任一项所述的Sr2Nb2O7增韧WC-8%Co硬质合金复合材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤 (1)配料将质量百分比为92-97%的WC-8%Co硬质合金粉末和3_8%的Sr2Nb2O7粉末混合，得到配料； (2)研磨将步骤(I)配好的配料与无水乙醇混合，放入球磨机内研磨O.5-20h，得到均匀的混合料； (3)制坯将混合料制成毛坯； (4)烧结将制好的毛坯在真空中加热至1300-1700°C区间的任一温度，保温Ι-lOh，随炉冷却，得到Sr2Nb2O7增韧WC-8% Co硬质合金复合材料。
全文摘要
本发明公开了一种Sr2Nb2O7增韧WC-8％Co硬质合金复合材料及其制备方法，其组成是按质量百分比计，Sr2Nb2O7占整个Sr2Nb2O7-WC-8％Co硬质合金复合材料中的3-8％，并且Sr2Nb2O7均匀分布在所述复合材料中。本发明的铁电陶瓷第二相Sr2Nb2O7并不与基体WC-8％Co反应，而且由于其具有压电性与铁电性，在基体中，当裂纹扩展到压电第二相粒子的时候，由于压电材料的机电转换作用会将部分弹性能转化为电能释放，还可以通过畴转来耗散部分弹性能，从而增加了裂纹扩展的阻力，达到增韧的目的。因此本发明提供的复合材料耐冲击、使用寿命长，并且该材料的制备方法简单、容易工业化生产。
文档编号C22C1/05GK102912205SQ20121010116
公开日2013年2月6日 申请日期2012年4月9日 优先权日2012年4月9日
发明者周宏明, 李荐, 易丹青 申请人:中南大学