一种高硬度低膨胀低氧化的硬质合金及其制备方法与流程

本发明属于粉末冶金，具体为一种高硬度低膨胀低氧化的硬质合金及其制备方法。

背景技术：

1、无粘结相wc基硬质合金是指不含或含很少量金属粘结相(≤0.5wt.％)的一种硬质合金产品，具有传统硬质合金无可比拟的优异耐磨性、抗腐蚀性、极佳的抛光性、抗氧化性和低热膨胀热力学性能。利用其优异的耐磨、耐腐蚀性，可以用于制作喷砂嘴、电子封装材料、重负载滑动密封耐磨件等；利用其极佳的切削性能，可以做刀具和钻头材料，特别是用于加工钛/钛合金方面，工作效率将大大提高；利用其抗氧化性、优异的抛光性和低热膨胀系数，可以作为精密模具和高端装饰材料。

2、然而无粘结相硬质合金的应用未得到全面的广泛应用，还只是在各个领域小试牛刀，主要还是由于无粘结相硬质合金的生产难度大，产品性能不稳定，生产成本高等原因。无粘结相硬质合金因为原料的纯度不足或生产过程环境或装备等引起的杂质元素会导致各项性能的变化，如：金属元素的摄入会导致产品的晶粒异常长大，还可能合金的导致耐磨性、抗腐蚀性、抗氧化性能的下降，非金属元素的摄入可能导致合金的碳量的不稳定，使得产品出现脱渗碳的问题，还可能导致产品出现孔洞等问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的问题，本发明的主要目的是提出一种高硬度低膨胀低氧化的硬质合金及其制备方法，利用液相掺杂，通过调节蒸发结晶的温度和母液ph值，精准控制co、cr元素析出，确保硬质合金co、cr元素含量，保证硬质合金生产的稳定性，并通过原料和生产过程的控制，确保无粘结相硬质合金的产品性能。

2、为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

3、一种高硬度低膨胀低氧化的硬质合金的制备方法，包括如下步骤：

4、s1.制备w-co-cr晶体

5、采用钨酸铵、乙酸钴、乙酸铬配置结晶母液，进行蒸发结晶，蒸发结晶温度为90～100℃，待溶液中的ph值为6.5～7.0时，停止结晶，过滤得到w-co-cr晶体；

6、s2.制备wo3-co-cr复合粉

7、将w-co-cr晶体进行煅烧，冷却得到wo3-co-cr复合粉，充入氮气，将wo3-co-cr复合粉保存在10℃以下的环境中；

8、s3.制备wo3-co-cr+c混合粉

9、将wo3-co-cr复合粉、c粉混合，得到wo3-co-cr+c混合粉；

10、s4.制备wc-co-cr复合粉

11、将wo3-co-cr+c混合粉进行一步碳化得到wc-co-cr复合粉；碳化气氛为氢气+氮气混合气体，氢气与氮气体积比为(4～7)：1，碳化温度为三个温度带，从进料口到出料口依次为：510～650℃、780～820℃、980～1250℃。

12、s5.制备硬质合金

13、将wc-co-cr复合粉进行快速烧结：在真空状态下升温至1400～1800℃，保温10～15min，随炉冷却至室温，得高硬度低膨胀低氧化的硬质合金。

14、作为本发明所述的一种高硬度低膨胀低氧化的硬质合金的制备方法的优选方案，其中：所述步骤s1中，结晶母液中钨酸铵浓度为220～270g/l，乙酸钴浓度为1.2～1.7g/l，乙酸铬浓度为8～11g/l。

15、作为本发明所述的一种高硬度低膨胀低氧化的硬质合金的制备方法的优选方案，其中：所述步骤s2中，将w-co-cr晶体置于煅烧炉中进行煅烧，煅烧温度为600～800℃。

16、作为本发明所述的一种高硬度低膨胀低氧化的硬质合金的制备方法的优选方案，其中：所述步骤s2中，煅烧后在氮气气氛下进行冷却得到wo3-co-cr复合粉。

17、作为本发明所述的一种高硬度低膨胀低氧化的硬质合金的制备方法的优选方案，其中：所述步骤s3中，使用混料器在氮气环境下将wo3-co-cr复合粉、c粉以质量比为(5～7)：1进行混合。

18、作为本发明所述的一种高硬度低膨胀低氧化的硬质合金的制备方法的优选方案，其中：所述步骤s4中，在回转炉中进行一步碳化，回转炉的转速为1.5～5.0r/min。

19、作为本发明所述的一种高硬度低膨胀低氧化的硬质合金的制备方法的优选方案，其中：所述步骤s4中，氢气+氮气混合气体的流量为550～900m3/h。

20、作为本发明所述的一种高硬度低膨胀低氧化的硬质合金的制备方法的优选方案，其中：所述步骤s5中，烧结压力为50～80mpa。

21、为解决上述技术问题，根据本发明的另一个方面，本发明提供了如下技术方案：

22、一种高硬度低膨胀低氧化的硬质合金，采用上述制备方法制备得到。

23、作为本发明所述的一种高硬度低膨胀低氧化的硬质合金的优选方案，其中：所述硬质合金的硬度≥2750hv3，400℃热膨胀系数≤5.0×10-6k-1，氧化增量≤0.090g/cm2。

24、本发明提出一种高硬度低膨胀低氧化的硬质合金及其制备方法，具有如下优势：

25、(1)本发明通过液体混合-蒸发结晶进行掺杂，协同温度和结晶母液ph值的控制，实现了精准控制掺杂元素的含量，并且弃用了球磨掺杂，使得掺入的钴和铬完成分子间的混合，不仅提升了掺杂效率还减少了因为球磨引入的杂质摄入，保证了硬质合金的低膨胀系数和低氧化增量；

26、(2)粉末在氮气气氛和低温环境下保存和混合，减少了粉末发生自燃的概率，保证了生产的安全性；

27、(3)本发明通过氮气与氢气混合气体进行还原碳化，不仅促使了一步碳化的快速进行，还通过氮气加大了流量，及时将还原产生的水汽带走，降低了粉末长大的风险，保证了硬质合金的硬度。

技术特征：

1.一种高硬度低膨胀低氧化的硬质合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的高硬度低膨胀低氧化的硬质合金的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，结晶母液中钨酸铵浓度为220～270g/l，乙酸钴浓度为1.2～1.7g/l，乙酸铬浓度为8～11g/l。

3.根据权利要求1所述的高硬度低膨胀低氧化的硬质合金的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，将w-co-cr晶体置于煅烧炉中进行煅烧，煅烧温度为600～800℃。

4.根据权利要求1所述的高硬度低膨胀低氧化的硬质合金的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，煅烧后在氮气气氛下进行冷却得到wo3-co-cr复合粉。

5.根据权利要求1所述的高硬度低膨胀低氧化的硬质合金的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，使用混料器在氮气环境下将wo3-co-cr复合粉、c粉以质量比为(5～7)：1进行混合。

6.根据权利要求1所述的高硬度低膨胀低氧化的硬质合金的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中，在回转炉中进行一步碳化，回转炉的转速为1.5～5.0r/min。

7.根据权利要求1所述的高硬度低膨胀低氧化的硬质合金的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中，氢气+氮气混合气体的流量为550～900m3/h。

8.根据权利要求1所述的高硬度低膨胀低氧化的硬质合金的制备方法，其特征在于，所述步骤s5中，烧结压力为50～80mpa。

9.一种高硬度低膨胀低氧化的硬质合金，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的高硬度低膨胀低氧化的硬质合金的制备方法制备得到。

10.根据权利要求9所述的高硬度低膨胀低氧化的硬质合金，其特征在于，所述硬质合金的硬度≥2750hv3，400℃热膨胀系数≤5.0×10-6k-1，氧化增量≤0.090g/cm2。

技术总结
本发明属于粉末冶金技术领域，具体涉及一种高硬度低膨胀低氧化的硬质合金及其制备方法，通过液体混合‑蒸发结晶进行掺杂，协同温度和结晶母液pH值的控制，实现了精准控制掺杂元素的含量，并且弃用了球磨掺杂，使得掺入的钴和铬完成分子间的混合，不仅提升了掺杂效率还减少了因为球磨引入的杂质摄入，保证了硬质合金的低膨胀系数和低氧化增量；粉末在氮气气氛和低温环境下保存和混合，减少了粉末发生自燃的概率，保证了生产的安全性；通过氮气与氢气混合气体进行还原碳化，不仅促使了一步碳化的快速进行，还通过氮气加大了流量，及时将还原产生的水汽带走，降低了粉末长大的风险，保证了硬质合金的硬度。

技术研发人员：钟志强,唐彦渊,钟远,葛德亮,张欣,张龙辉,羊求民
受保护的技术使用者：崇义章源钨业股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15