一种复合硬质合金材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及复合材料领域，更具体的说是涉及一种复合硬质合金材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]硬质合金材料应用于制造业的加工工具，具有硬度高、良好的高温性能和优秀的耐磨性能，号称工业的牙齿。
[0003]碳化钨基硬质合金由于其高强度、高硬度、高耐磨性和高红硬性，被广泛地用作切削刀具、矿山工具和耐磨零件等，从冲击韧性和耐磨性综合要求而言，低钴粗晶粒合金结构能满足这种要求。
[0004]金属陶瓷迄今为止已历经三代，第一代是“二战”期间，德国以Ni粘结TiC生产金属陶瓷；第二代是20世纪60年代美国福特汽车公司添加Mo到Ni粘结相中改善TiC和其他碳化物的润湿性，从而提高材料的韧性；第三代金属陶瓷则将氮化物引入合金的硬质相，改单一相为复合相。又通过添加Co相和其他元素改善了粘结相。金属陶瓷研制的另一个新方向是硼化物基金属陶瓷。由于硼化物陶瓷具有很高的硬度、熔点和优良的导电性，耐腐蚀性，从而使硼化物基金属陶瓷成为最有发展前途的金属陶瓷。但是目前我国对金属陶瓷在性能方面的改进仍不理想，现有金属陶瓷的洛氏硬度和抗弯强度仍有待进一步提高。
[0005]Ti (C，N)基金属陶瓷是一类以Ti (C，N)粉或TiC与TiN的混合粉为硬质相主要原料，以Co、N1、Mo等金属为粘接相原料，且通常还加入有WC、TaC, NbC, Mo2C、VC、Cr3C2等过渡族金属碳化物为添加剂经过粉碎、混合一模压一烧结所形成的复合材料，主要用于制造切削工具。
[0006]与传统的WC-Co硬质合金相比，Ti (C，N)基金属陶瓷具有如下优点:高的红硬性、高温抗氧化性能好、高的热导率。这些性能使得Ti (C，N)基金属陶瓷更适于进行高速切削和对材料的精加工和半精加工。但是，与WC-Co硬质合金相比，Ti (C，N)基金属陶瓷较低的强韧性却极大地限制了它作为刀具材料的应用。
【发明内容】
[0007]针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种强度高、韧性好、耐磨、热冲击性能好的复合硬质合金材料及其制备方法。
[0008]为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案:一种复合硬质合金材料，该复合硬质合金材料由下列重量份数的组分制得:纳米碳化钛35-40份、纳米氮化钛5-15份、碳化鹤7_9份、碳化银5_8份、碳化娃3_7份、氧化纪1_3份、碳化销1-3份、钦粉1-5份、碳化组2-10份、碳化错2-5份、钴粉10-13份、娃粉0.5-1.5份、镲粉1-2份、碳化硼2-6份。
[0009]本发明进一步设置为:该复合硬质合金材料由下列重量份数的组分制得:纳米碳化钛38份、纳米氮化钛10份、碳化钨8份、碳化铌6份、碳化硅6份、氧化钇2.5份、碳化铝2份、钛粉4份、碳化钽5份、碳化锆4份、钴粉11份、硅粉I份、镍粉1.5份、碳化硼4份。
[0010]本发明进一步设置为:所述碳化钨、钴粉、镍粉、硅粉、碳化铝、碳化钽、纳米碳化钛、碳化硅和氧化钇的粒度均小于或等于1.2 μπι。
[0011]本发明进一步设置为:所述碳化钨、钴粉、镍粉、硅粉、碳化铝、碳化钽、纳米碳化钛、碳化硅和氧化钇的纯度均大于或等于99.0%。
[0012]本发明进一步设置为:一种复合硬质合金材料的制备方法，将上述重量份数的组分纳米碳化钛、纳米氮化钛、碳化钨、碳化铌、碳化硅、氧化钇、碳化铝、钛粉、碳化钽、碳化锆、钴粉、硅粉、镍粉和碳化硼加入至研磨机进行混合研磨，并于530至540MPa下压制，在氩气氛围下，后于1100°C下烧结10-20min，待自然冷却，即得所述复合硬质合金材料。
[0013]本发明进一步设置为:研磨机的转速为70_80r/min，研磨时间为1-1.5h。
[0014]通过采用上述技术方案，本发明由于在制备硬质合金过程中添加了稀土氧化物，混合均匀后还原为稀土金属。在预烧结过程中，稀土元素一方面可以固溶到Co相中，起到抑制晶粒长大的作用；另一方面，由于稀土元素相对于硬质合金中其它元素更为活泼，易与合金中的氧、硫等杂质结合，净化晶界，消除缺陷，使制备出来的合金具有强度高、韧性好、耐磨、热冲击性能好的特点。
【具体实施方式】
[0015]具体实施例1。
[0016]复合硬质合金材料由下列重量份数的组分制得:纳米碳化钛35份、纳米氮化钛15份、碳化钨9份、碳化铌5份、碳化硅3份、氧化钇I份、碳化铝3份、钛粉5份、碳化钽2份、碳化锆2份、钴粉13份、硅粉0.5份、镍粉2份、碳化硼6份，其中，碳化钨、镍粉、碳化铝、纳米碳化钛和氧化纪的粒度均为0.8 μ m，钴粉、娃粉、碳化钽和碳化娃的粒度均为1.0 μ m，另外，碳化钨、钴粉、镍粉、硅粉、碳化铝、碳化钽、纳米碳化钛、碳化硅和氧化钇的纯度均等于99.
[0017]将上述称量后的纳米碳化钛、纳米氮化钛、碳化钨、碳化铌、碳化硅、氧化钇、碳化铝、钛粉、碳化钽、碳化锆、钴粉、硅粉、镍粉和碳化硼加入至研磨机(研磨机的转速为80r/min，研磨时间为1.5h)进行混合研磨，并于530 MPa下压制，在氩气氛围下，后于1100°C下烧结20min，待自然冷却，即得所述复合硬质合金材料。
[0018]具体实施例2。
[0019]复合硬质合金材料由下列重量份数的组分制得:纳米碳化钛40份、纳米氮化钛5份、碳化钨7份、碳化铌8份、碳化硅7份、氧化钇3份、碳化铝I份、钛粉I份、碳化钽10份、碳化错5份、钴粉10份、娃粉1.5份、镲粉I份、碳化硼2份，其中，碳化鹤、镲粉、碳化销、纳米碳化钛和氧化纪的粒度均为1.2 μ m，钴粉、娃粉、碳化钽和碳化娃的粒度均为0.8 μ m，另外，碳化钨、钴粉、镍粉、硅粉、碳化铝、碳化钽、纳米碳化钛、碳化硅和氧化钇的纯度均等于99.
[0020]将上述称量后的纳米碳化钛、纳米氮化钛、碳化钨、碳化铌、碳化硅、氧化钇、碳化铝、钛粉、碳化钽、碳化锆、钴粉、硅粉、镍粉和碳化硼加入至研磨机(研磨机的转速为70r/min，研磨时间为Ih)进行混合研磨，并于540 MPa下压制，在氩气氛围下，后于1100°C下烧结lOmin，待自然冷却，即得所述复合硬质合金材料。
[0021]具体实施例3。
[0022]复合硬质合金材料由下列重量份数的组分制得:纳米碳化钛38份、纳米氮化钛10份、碳化钨8份、碳化铌6份、碳化硅6份、氧化钇2.5份、碳化铝2份、钛粉4份、碳化钽5份、碳化锆4份、钴粉11份、硅粉I份、镍粉1.5份、碳化硼4份，其中，碳化钨、镍粉、碳化铝、纳米碳化钛和氧化纪的粒度均为0.8 μm，钴粉、娃粉、碳化钽和碳化娃的粒度均为0.8 μπι，另外，碳化钨、钴粉、镍粉、硅粉、碳化铝、碳化钽、纳米碳化钛、碳化硅和氧化钇的纯度均等于 99.
[0023]将上述称量后的纳米碳化钛、纳米氮化钛、碳化钨、碳化铌、碳化硅、氧化钇、碳化铝、钛粉、碳化钽、碳化锆、钴粉、硅粉、镍粉和碳化硼加入至研磨机(研磨机的转速为75r/min，研磨时间为Ih)进行混合研磨，并于535MPa下压制，在氩气氛围下，后于1100°C下烧结1min，待自然冷却，即得所述复合硬质合金材料。
[0024]通过采用上述技术方案，本发明由于在制备硬质合金过程中添加了稀土氧化物，混合均匀后还原为稀土金属。在预烧结过程中，稀土元素一方面可以固溶到Co相中，起到抑制晶粒长大的作用；另一方面，由于稀土元素相对于硬质合金中其它元素更为活泼，易与合金中的氧、硫等杂质结合，净化晶界，消除缺陷，使制备出来的合金具有强度高、韧性好、耐磨、热冲击性能好的特点。
【主权项】
1.一种复合硬质合金材料，其特征是，该复合硬质合金材料由下列重量份数的组分制得:纳米碳化钛35-40份、纳米氮化钛5-15份、碳化钨7-9份、碳化铌5_8份、碳化硅3-7份、氧化纪1_3份、碳化销1-3份、钦粉1-5份、碳化组2_10份、碳化错2_5份、钴粉10-13份、娃粉0.5-1.5份、镲粉1-2份、碳化硼2-6份。
2.根据权利要求1所述的一种复合硬质合金材料，其特征是，该复合硬质合金材料由下列重量份数的组分制得:纳米碳化钛38份、纳米氮化钛10份、碳化钨8份、碳化铌6份、碳化硅6份、氧化钇2.5份、碳化铝2份、钛粉4份、碳化钽5份、碳化锆4份、钴粉11份、硅粉I份、镍粉1.5份、碳化硼4份。
3.根据权利要求1或2所述的一种复合硬质合金材料，其特征是，所述碳化钨、钴粉、镍粉、硅粉、碳化铝、碳化钽、纳米碳化钛、碳化硅和氧化钇的粒度均小于或等于1.2 μπι。
4.根据权利要求1或2所述的一种复合硬质合金材料，其特征是，所述碳化钨、钴粉、镍粉、硅粉、碳化铝、碳化钽、纳米碳化钛、碳化硅和氧化钇的纯度均大于或等于99.0%。
5.一种复合硬质合金材料的制备方法，其特征是，将上述重量份数的组分纳米碳化钛、纳米氮化钛、碳化钨、碳化铌、碳化硅、氧化钇、碳化铝、钛粉、碳化钽、碳化锆、钴粉、硅粉、镍粉和碳化硼加入至研磨机进行混合研磨，并于530至540MPa下压制，在氩气氛围下，后于1100°C下烧结10-20min，待自然冷却，即得所述复合硬质合金材料。
6.根据权利要求5所述的一种复合硬质合金材料的制备方法，其特征是，研磨机的转速为70_80r/min，研磨时间为1-1.5h。
【专利摘要】本发明公开了一种复合硬质合金材料，涉及复合材料领域，该复合硬质合金材料由下列重量份数的组分制得： 纳米碳化钛35-40份、纳米氮化钛5-15份、碳化钨7-9份、碳化铌5-8份、碳化硅3-7份、氧化钇1-3份、碳化铝1-3份、钛粉1-5份、碳化钽2-10份、碳化锆2-5份、钴粉10-13份、硅粉0.5-1.5份、镍粉1-2份、碳化硼2-6份。通过添加稀土元素，稀土元素相对于硬质合金中其它元素更为活泼，易与合金中的氧、硫等杂质结合，净化晶界，消除缺陷，使制备出来的合金具有强度高、韧性好、耐磨、热冲击性能好的特点。本发明适用于复合硬质合金材料。
【IPC分类】C22C1-05, C22C29-02
【公开号】CN104831144
【申请号】CN201510272327
【发明人】梅照付
【申请人】梅照付
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年5月26日