一种高熵效应增强(W,Ti,V)C‑Co硬质合金力学性能的方法与流程

本发明涉及粉末冶金及硬质合金技术领域，具体是指一种高熵效应增强(w,ti,v)c-co硬质合金力学性能的方法。

背景技术：

研究显示tic的硬度比wc的高，因而使得wc-tic-co硬质合金的硬度普遍高于wc-co硬质合金的硬度，而且在wc-tic-co硬质合金中含有(ti，w)c固溶体，使合金强化，因而在高温下软化较慢同时具有较高的抗月牙坑磨损能力，能提高刀具的使用寿命。但是wc-tic-co硬质合金韧性有待进一步提高。

wc-co硬质合金中添加vc，可以细化wc晶粒，起到细晶强化的作用。wc-co硬质合金的硬度、强度、韧性和耐磨性都有所提升。烧结过程中vc优先溶解在粘结相中，明显降低了wc在钴中的溶解度，减缓了wc通过液相再结晶长大速率。vc吸附在wc颗粒表面，降低了wc的表面能，vc沿wc/wc界面偏析，阻碍了wc界面的迁移，防止wc颗粒的发生聚集长大。

国内外大量研究表明添加vc、tic等粒径抑制剂可有效抑制wc晶粒生长，从而得到性能优异的无粘结相硬质合金。但由于tic的韧性较低，烧结体的韧性会随着tic含量的增加而减少，因此，寻求合适的wc、vc、tic加入量是目前研究的热点。

利用本发明对vc、tic的加入量进行调控，生产出的硬质合金性能优异，无论是硬度还是韧性都较未添加vc、tic的wc-co硬质合金提升明显。

技术实现要素：

本发明在于在操作简单和相对低廉的成本的基础上，提供一种高熵效应增强(w,ti,v)c-co硬质合金力学性能的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高熵效应增强(w,ti,v)c-co硬质合金力学性能的方法，步骤如下：

a)将wc、co、vc、tic粉末按比例混合，其中vc、tic的摩尔百分比相等，加料、混料过程中不可避免地会混入极少量杂质；

b)利用球磨方法制备高熵的(w,ti,v)c颗粒；

c)运用高熵的(w,ti,v)c颗粒做为增强相，抑制硬质合金烧结过程中硬质相颗粒的长大，细化晶粒，增强力学性能。

所述的(w,ti,v)c-co硬质合金制备步骤如下：

步骤1、物料混合：将wc、vc、tic、co粉末按比例混合，使vc、tic的摩尔百分比相等，再加入粉末总质量的0.5％～1.5％的成型剂；

步骤2、球磨混料：湿磨，以乙醇或丙酮为介质，并采取惰性气体保护或真空；

步骤3、粉末干燥及压制成型：将步骤2球磨后的粉末干燥后，以20～80mpa压力压制成型，保压5～20min；

步骤4、将步骤3制好的压坯先加热至300～600℃脱除成型剂，再加热至1200℃～1600℃烧结，并采取惰性气体保护或真空。

步骤1中，所述成型剂为聚乙二醇，石蜡，橡胶中的一种。

有益效果：

本发明对wc-co硬质合金的性能改善明显，制得(w,ti,v)c-co硬质合金不论是硬度还是断裂韧性均较未添加vc、tic的wc-co硬质合金有较大提升，其维氏硬度最高达到1920hv，利用压痕法测得其断裂韧性最高达到9.97mpam^1/2，且工艺简单、可操作性强，成本较低。且工艺简单、可操作性强，成本较低。

附图说明

图1为本发明制备的未添加vc和tic的硬质合金扫描电镜图片；

图2为本发明制备的wc、vc、tic摩尔比为98：1：1的硬质合金扫描电镜图片；

图3为本发明制备的wc、vc、tic摩尔比为96：2：2的硬质合金扫描电镜图片；

图4为本发明制备的wc、vc、tic摩尔比为94：3：3的硬质合金扫描电镜图片；

图5为本发明制备的wc、vc、tic摩尔比为92：4：4的硬质合金扫描电镜图片；

图6为利用压痕法测硬质合金韧性的压痕和裂纹图片；

图7为不同wc、vc、tic含量，通过本发明制得的硬质合金的硬度和韧性折线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述：

实施例1

(1)将wc、vc、tic粉末以摩尔比98：1：1混合，再加入粉末总质量的8％co粉末和1％的聚乙二醇，物料中不可避免的会混入微量杂质；

(2将混合好的物料加入球磨罐中，将混合料与磨球按照球料比10:1混合，按照每千克料加入1000ml乙醇。密封球磨罐，先抽真空然后充入氩气，再抽真空后充入氩气，如此重复多次，然后以250rpm的转速球磨50小时；

(3)将步骤(2)球磨后的粉末干燥后，以60mpa压力压制成型，保压2min；

(4)将步骤(3)制好的压坯放置于烧结炉中，通氩气保护，以10℃/min升温到600℃，保温30min，以5℃/min升温到1200℃，保温30min，再以5℃/min升温到1380℃，保温1h，随炉冷却到室温。

实施例2

(1)将wc、vc、tic粉末以摩尔比96：2：2混合，再加入粉末总质量的8％co粉末和1％的聚乙二醇，物料中不可避免的会混入微量杂质；

(2将混合好的物料加入球磨罐中，将混合料与磨球按照球料比10:1混合，按照每千克料加入1000ml乙醇。密封球磨罐，先抽真空然后充入氩气，再抽真空后充入氩气，如此重复多次，然后以250rpm的转速球磨50小时；

(3)将步骤(2)球磨后的粉末干燥后，以40mpa压力压制成型，保压2min；

(4)将步骤(3)制好的压坯放置于烧结炉中，通氩气保护，以10℃/min升温到600℃，保温30min，以5℃/min升温到1200℃，保温30min，再以5℃/min升温到1380℃，保温1h，随炉冷却到室温。

实施例3

(1)将wc、vc、tic粉末以摩尔比94：3：3混合，再加入粉末总质量的8％co粉末和1％的聚乙二醇，物料中不可避免的会混入微量杂质；

(2将混合好的物料加入球磨罐中，将混合料与磨球按照球料比10:1混合，按照每千克料加入1000ml乙醇。密封球磨罐，先抽真空然后充入氩气，再抽真空后充入氩气，如此重复多次，然后以250rpm的转速球磨50小时；

(3)将步骤(2)球磨后的粉末干燥后，以40mpa压力压制成型，保压2min；

(4)将步骤(3)制好的压坯放置于烧结炉中，通氩气保护，以10℃/min升温到600℃，保温30min，以5℃/min升温到1200℃，保温30min，再以5℃/min升温到1380℃，保温1h，随炉冷却到室温

实施例4

(1)将wc、vc、tic粉末以摩尔比92：4：4混合，再加入粉末总质量的8％co粉末和1％的聚乙二醇，物料中不可避免的会混入微量杂质；

(2将混合好的物料加入球磨罐中，将混合料与磨球按照球料比10:1混合，按照每千克料加入1000ml乙醇。密封球磨罐，先抽真空然后充入氩气，再抽真空后充入氩气，如此重复多次，然后以250rpm的转速球磨50小时；

(3)将步骤(2)球磨后的粉末干燥后，以40mpa压力压制成型，保压2min；

(4)将步骤(3)制好的压坯放置于烧结炉中，通氩气保护，以10℃/min升温到600℃，保温30min，以5℃/min升温到1200℃，保温30min，再以5℃/min升温到1380℃，保温1h，随炉冷却到室温。

对制得的硬质合金进行打磨抛光，利用全自动维氏硬度仪测量其硬度和韧性，载荷均为10kg。如图6所示，压痕成规则的菱形，且四角均有向外延伸的裂纹，利用公式kic＝0.203×hv×a²×c^-1/2(a：对角线长度之和的一半(mm)，c：对角线和裂纹长度之和的一半(mm))计算其断裂韧性。利用扫描电镜对硬质合金晶粒进行观察。

细化硬质合金的晶粒，减小硬质相尺寸，可以增大硬质相晶粒表面积，增强晶粒间的结合力，同时粘结相更均匀地分布在其周围，可提高硬质合金的硬度、韧性、耐磨性、抗弯强度和抗崩刃性。wc晶粒在1微米左右的合金称为细晶粒硬质合金，小于1微米而在0.5微米左右的合金称为纳米晶粒硬质合金。在钴含量不变的情况下，当硬质合金的晶粒尺寸小于1微米时，会出现双高特性，即硬度和强度均会获得较大的提高，而且这一特性随着晶粒的细化而变得更加突出。vc、tic的加入均能细化wc晶粒，起到细晶强化的作用，且tic硬度比wc高，能进一步提高其硬度。由图1～图5可得添加vc、tic后wc-co硬质合金晶粒尺寸明显降低，且粒度趋于均匀化，达到纳米级别。由图7可得添加vc、tic后的硬质合金其硬度和韧性均较未添加vc、tic的wc-co硬质合金有较大提升，其维氏硬度最高达到1920hv，断裂韧性最高达到9.97mpam^1/2，本发明对wc-co硬质合金的性能改善明显。

本发明中，所使用的成型剂除了可以使用聚乙二醇以外，还可以用石蜡或橡胶替代。