一种原位生成Ni3Al的WC晶粒硬质合金及其制备方法与流程

本发明涉及硬质合金，具体而言，涉及一种原位生成ni3al的wc晶粒硬质合金及其制备方法。

背景技术：

1、wc-co-ni基硬质合金具有高强度、高硬度、耐蚀性的特点，广泛应用于制作刀具、辊环、密封件等。在wc-co-ni基硬质合金的生产制备过程中，当工作温度升高时，由于高温应力作用，会使合金材料中的粘结相发生变形，硬质相失去粘结相的支撑作用后极易剥落，造成wc-co-ni基硬质合金破损，进而直接影响产品质量，且造成生产效率降低、生产成本增加的问题。

2、针对上述问题，常见的处理措施是采用耐高温的材料组分来强化粘结相，以使其获得较好的耐高温性能，研究较多的材料包括γ'-相ni3al等。ni3al金属间化合物具有正温度效应，即随着温度的升高，其屈服强度会随之明显提升，且ni3al金属间化合物还具有优异的抗氧化性与耐蚀性。

3、目前，制备ni3al强化粘结相wc基硬质合金主要采用真空热压烧结。如公开号为cn106498257a的专利，就提供了一种原位生成含ni3al的粘结相的硬质合金的制备方法，先分别制备ni(oh)2包覆aln的复合粘结相、以及ni(oh)2包覆wc的复合硬质相，再将二者混合后进行球磨、过滤、干燥等工序处理后，压制成型、烧结，即在低温下的ar/h2气氛中ni(oh)2转化成ni，高温下真空烧结使ni与aln发生反应形成ni3al。然而，该制备方法虽然能避免al在烧结早期形成w-al等金属间化合物而恶化合金性能的情况，但需要先对原料进行分别加工生产，其工艺操控复杂困难，生产流程长、难度大、成本高，在实际的工业生产中很难得以推广和应用。

4、又如公开号为cn102383021a的专利，也提供了一种ni3al强化粘结相的wc-co硬质合金及其制备方法，采用ni、al粉末作为制备原料，利用ni、al间化合反应放热的特点，使ni、al及其金属间化合物熔化后，迅速生成ni3al和nial，而nial进一步与ni反应生成ni3al。该方法原料易得、工艺简单，但al与ni混合反应过程中，易出现扩散不平衡的问题，产生烧结孔隙，会降低wc基硬质合金的强度，还会影响其耐腐蚀能力。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题：

2、针对现有的ni3al粘接相的wc基硬质合金的制备方法，在实际的工业化生产过程中，受制备工艺和原材料性能的限制，制成的ni3al粘接相wc基硬质合金常在烧结过程中出现孔隙等情况，进而造成合金强度较低、耐腐蚀性能较差等问题。

3、本发明采用的技术方案：

4、本发明提供了一种原位生成ni3al的wc晶粒硬质合金，按质量分数计，包括0.01-0.1％硼、0.5-5％氮化铝、5-20％钴、5-20％镍、0.5-3％碳化铬，余量为碳化钨。

5、优选地，碳化钨的晶粒度为5-15μm。

6、优选地，钴和镍的总质量占合金总质量的10-40wt％。

7、上述原位生成ni3al的wc晶粒硬质合金的制备方法，包括如下步骤：

8、s1按量称取原料，混合湿磨，干燥、过筛，压制成压坯；

9、s2将压坯放入真空烧结炉中，加热，进行脱蜡烧结，得到原位生成ni3al的wc晶粒硬质合金。

10、优选地，步骤s1中，湿磨时，控制球磨转速为60-80r/min，球磨时间为20-40h。

11、优选地，控制球料比为2-5:1。

12、优选地，步骤s2中，脱蜡烧结的工艺为：先加热至380-420℃进行保温，再继续升温至1400-1500℃进行烧结。

13、优选地，保温时间为20-40min，烧结时间为1-4h。

14、优选地，保温结束后，转入真空环境中，后通入氩气，再进行烧结。

15、优选地，通入氩气时，控制环境压力为1-5mpa。

16、本发明的有益效果表现在：

17、本发明提供了一种原位生成ni3al的wc晶粒硬质合金及其制备方法，可用于较高环境温度、或对硬质合金具有较高的耐磨性与高温强度要求的工况。具体地，采用硼和氮化铝等作为合金原料，这是因为：本发明研究发现，b与氮化铝中的al在结合作用时，二者的协同作用可使wc晶粒球化，即形成球形的wc晶粒，可减少晶粒的尖锐的棱柱面夹角产生的应力集中，从而保证合金材料的高温抗氧化性、耐蚀性和耐磨性，并能兼顾较高的高温抗疲劳失效能力。

18、展开说，硼与氮化铝通过原位生成，使形成的γ'-相ni3al弥散分布到co-ni粘结相中，可有效避免al在烧结过程中造成的孔隙，使粘结相分布均匀、合金致密化程度高、耐蚀性好、高温抗氧化性能与抗疲劳性能优异；并且在制备过程中，通过控制al与b的相对含量，使al与b生成金属间化合物，此过程可改善wc晶粒的形貌，使wc晶粒更趋于球形，即可减少晶粒三棱柱面夹角造成的应力集中，降低裂纹扩展的动力，具有高温下抗疲劳失效能力。

技术特征：

1.一种原位生成ni3al的wc晶粒硬质合金，其特征在于，按质量分数计，包括0.01-0.1％硼、0.5-5％氮化铝、5-20％钴、5-20％镍、0.5-3％碳化铬，余量为碳化钨。

2.根据权利要求1所述的原位生成ni3al的wc晶粒硬质合金，其特征在于，碳化钨的晶粒度为5-15μm。

3.根据权利要求1所述的原位生成ni3al的wc晶粒硬质合金，其特征在于，钴和镍的总质量占合金总质量的10-40wt％。

4.一种权利要求1至3中任意一项所述的原位生成ni3al的wc晶粒硬质合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的原位生成ni3al的wc晶粒硬质合金的制备方法，其特征在于，步骤s1中，湿磨时，控制球磨转速为60-80r/min，球磨时间为20-40h。

6.根据权利要求5所述的原位生成ni3al的wc晶粒硬质合金的制备方法，其特征在于，控制球料比为2-5:1。

7.根据权利要求4至6中任意一项所述的原位生成ni3al的wc晶粒硬质合金的制备方法，其特征在于，步骤s2中，脱蜡烧结的工艺为：

8.根据权利要求7所述的原位生成ni3al的wc晶粒硬质合金的制备方法，其特征在于，保温时间为20-40min，烧结时间为1-4h。

9.根据权利要求7所述的原位生成ni3al的wc晶粒硬质合金的制备方法，其特征在于，保温结束后，转入真空环境中，后通入氩气，再进行烧结。

10.根据权利要求9所述的原位生成ni3al的wc晶粒硬质合金的制备方法，其特征在于，通入氩气时，控制环境压力为1-5mpa。

技术总结
本发明涉及硬质合金技术领域，针对制成的Ni<subgt;3</subgt;Al粘接相WC基硬质合金常在烧结过程中出现孔隙等情况，进而造成合金强度较低、耐腐蚀性能较差等问题，提供了一种原位生成Ni<subgt;3</subgt;Al的WC晶粒硬质合金，按质量分数计，包括0.01‑0.1％硼、0.5‑5％氮化铝、5‑20％钴、5‑20％镍、0.5‑3％碳化铬，余量为碳化钨。本发明通过硼与氮化铝的协同作用，可使WC晶粒球化，即形成球形的WC晶粒，可减少晶粒的尖锐的棱柱面夹角产生的应力集中，从而保证合金材料的高温抗氧化性、耐蚀性和耐磨性，并能兼顾较高的高温抗疲劳失效能力。

技术研发人员：梁靖岳,顾金宝,廖军
受保护的技术使用者：自贡硬质合金有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8