基于含氮母合金粘结相的硬质合金及其制备方法_2

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气体;
[0028]④破碎
[0029]将出炉后的产物通过球磨破碎并过筛,即制得含氮母合金粘结相粉体;
[0030](2)硬质合金的制备
[0031]①配料
[0032]按以下原料及其质量百分比计量各原料:
[0033]WC 粉70 ?96%,
[0034]步骤(1)制备的含氮母合金粘结相粉体1?20% ;
[0035]钴粉、镍粉、铁粉中的至少一种0?20%,
[0036]②混料、制粒和成型
[0037]将计量好的各原料通过球磨混合均匀后干燥,然后掺胶造粒得到颗粒状混合料,将所得混合料装入模具内压制成硬质合金毛坯;
[0038]③烧结
[0039]将步骤②制备的硬质合金毛坯置于密闭反应炉中并对反应炉抽真空,当反应炉内的压力为1?1 X 10 2Pa时开始加热并继续抽真空,当反应炉内温度升至250?600°C时在该温度和抽真空条件下保温2?4小时脱除硬质合金毛坯中的胶质,然后在抽真空条件下升温至1350?1500°C,在该温度和抽真空条件下保温0.5?1.5小时,保温结束后停止抽真空,向反应炉内通入氩气至氩气压为0.5?6MPa并维持炉内温度在1350?1500°C继续保温0.5?1小时,保温结束后随炉冷却至室温,即得基于含氮母合金粘结相的硬质合金。
[0040]上述方法中,步骤(2)中掺胶造粒时,所掺胶的重量为球磨所得混合料干燥后重量的1?3%,所述胶为石蜡或聚乙二醇。
[0041]上述方法中,步骤(1)中,所述钴的氧化物为一氧化钴、三氧化二钴、四氧化三钴中的至少一种;镍的氧化物为一氧化镍、三氧化二镍中的至少一种;铁的氧化物为三氧化二铁、四氧化三铁中的至少一种;
[0042]所述(Cry, Ml! y) 2 (Cx, & x)中金属组元的氧化物和碳源、(Vy, M2: y) (Cx, & x)中金属组元的氧化物和碳源、(Tiy,M3ly) (Cx,Nlx)中金属组元的氧化物和碳源中,金属组元的氧化物如下:钒的氧化物为五氧化二钒、三氧化二钒中的至少一种;铬的氧化物为三氧化二铬;钛的氧化物为二氧化钛;钼的氧化物为三氧化钼;钽的氧化物为五氧化二钽;铌的氧化物为五氧化二铌;锆的氧化物为二氧化锆;碳源为炭黑、活性炭、石墨中的至少一种。
[0043]上述方法中,步骤(1)中,当在开放式反应炉中烧结时,所述保护气体为氩气、氢气、氮气中的至少一种;所述反应气体为氮气、氨气中的至少一种。
[0044]上述方法中,所述(Cry,Mlly)2 (Cx, & J粉、(Vy,y) (Cx, & J粉可通过专利申请CN104046828A公开的“含高能球磨工艺的纳米多元复合晶粒长大抑制剂的制备方法”制得,所述y) (Cx, N! J粉可通过论文“开放体系下碳热还原氮化法制备(Ti,W,Mo,V)CN固溶体粉末的研究”(朱运锋等,功能材料,2012年第17期43卷)公开的方法制得。
[0045]与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
[0046]1、本发明为硬质合金的制备提供了新的粘接相原料和新的制备方法,并首次向粘结相中引入氮元素,为向硬质合金中引入氮元素提供了一种新途径。
[0047]2、本发明所述方法通过将多元复合碳氮化物(晶粒长大抑制剂)以大比例均匀分散到粘结相中制备出含氮母合金粘结相粉末,实现以母合金的形式在硬质合金中添加多元复合碳氮化物,由于多元复合碳氮化物在粘结相中的含量远远高于直接添加在硬质相中时的含量,相比直接添加在硬质相中,其添加在粘结相中更容易充分混合均匀,再将多元复合碳氮化物已混匀的粘结相与硬质相混合时,能显著提高多元复合碳氮化物在硬质合金中分布的均匀性。再者,本发明所述硬质合金用含氮母合金粘结相与粘结相金属钴、镍和铁相比,熔点更低,在制备硬质合金时烧结出现液相的温度显著降低,上述两种因素都有利于制备出晶粒细小、微观组织更均匀的硬质合金。
[0048]3、通过本发明所述方法将氮元素引入硬质合金,可使氮元素在硬质合金中分布更均匀,有利于硬质合金晶粒和性能的均一性。
[0049]4、试验表明,使用本发明所述方法制备的硬质合金与使用多元复合碳氮化物晶粒长大抑制剂或组合使用晶粒长大抑制剂制备硬质合金相比,能够更好的提高硬质合金的综合机械性能(见说明书中的对比例)。
[0050]5、本发明所述方法工艺简单,对设备要求低,便于工业化生产。
【附图说明】
[0051]图1为实施例1制备的基于含氮母合金粘结相的硬质合金的扫描电镜(SEM)图片。
【具体实施方式】
[0052]以下通过实施例对本发明所述基于含氮母合金粘结相的硬质合金及其制备方法作进一步说明。
[0053]以下实施例中,所述含氮母合金的化学式中各组分前的百分数代表该组分在含氮母合金中的质量百分比,组分前未写明百分数的代表其为余量。
[0054]以下实施例中,制得的产品的抗弯强度、维式硬度和断裂韧性分别按照GB3851-83、GB 7997-87 和 ISO 28079:2009 所述方法测试得到。
[0055]实施例1
[0056]本实施例所制备的基于含氮母合金粘结相的硬质合金,其工艺步骤如下:
[0057](1)含氮母合金粘结相粉体的制备
[0058]①配料
[0059]按照所制备的硬质合金用含氮母合金粘结相粉体的化学式和各组分的含量配料,称取 8.5Kg Co 粉和 1.5Kg(Cr0.8, V0.2)2(C0.5, Να5)粉;
[0060]②混料和干燥
[0061]将配好的原料装入球磨罐中,按照6:1的球料比装入磨球,并向球磨罐加入8L酒精,球磨24小时后于烘箱中60°C下干燥5小时,得到混合料;
[0062]③烧结
[0063]在密闭反应炉中烧结:
[0064]将步骤②制备的混合料置于真空可充气管式炉中,将反应炉抽真空至1X10 2Pa后开始加热并继续抽真空,当反应炉内温度升至600°C时,在此温度和继续抽真空条件下保温烧结6小时,保温烧结结束后随炉冷却至温度低于100°C出炉;
[0065]④破碎
[0066]将出炉后的产物通过球磨破碎并过300目筛,即制得Co-15% (Cr0.8, V0.2)2(C0.5,Να5)硬质合金用含氮母合金粘结相粉体;
[0067](2)硬质合金的制备
[0068]①配料
[0069]按以下原料及其质量百分比计量各原料:
[0070]分别称取9Kg WC粉、0.5Kg Co粉和0.5Kg由步骤⑴制得的含氮母合金粘结相粉体;
[0071]②混料、制粒和成型
[0072]将计量好的原料粉末装入球磨罐,按照8:1的球料比装入磨球,倒入10L酒精,球磨48小时,取出后干燥,然后添加胶质成型剂聚乙二醇造粒得到颗粒状混合料,将所得混合料装入模具内压制成硬质合金毛坯;
[0073]③烧结
[0074]将步骤②制备的硬质合金毛坯置于密闭反应炉中并对反应炉抽真空,当反应炉内的压力为1 X 10 2Pa时开始加热并继续抽真空,当反应炉内温度升至600°C时在该温度和抽真空条件下保温2小时脱除硬质合金毛坯中的胶质,然后在抽真空条件下升温至1400°C,在该温度和抽真空条件下保温1小时,保温结束后停止抽真空,向反应炉内通入氩气至氩气压为0.5MPa并维持炉内温度在1400°C继续保温0.5小时,保温结束后随炉冷却至室温,即得基于含氮母合金粘结相的硬质合金,其描电镜(SEM)图片图1。从图1可知,其晶粒细小、微观组织均匀。经检测,该硬质合金的抗弯强度为4350MPa,维式硬度为1610,断裂韧性为 16.3MPa.m1/2
[0075]实施例2
[0076]本实施例所制备的基于含氮母合金粘结相的硬质合金,其工艺步骤如下:
[0077](1)含氮母合金粘结相粉体的制备
[0078]①配料
[0079]按照所制备的硬质合金用含氮母合金粘结相粉体的化学式和各组分的含量配料,称取 6.2Kg Co 粉、1.5Kg Ni 粉、0.5Kg Fe 粉和 1.8Kg(Cr0.85, V0.025,
T1.025) Mo0.025,Ta0>025, Nb0.025,Zr0.025) 2 (C0 9,N0.j)抵;
[0080]②混料和干燥
[0081]将配好的原料装入球磨罐中,按照6:1的球料比装入磨球,并向球磨罐加入8L酒精,球磨24小时后于烘箱中70°C下干燥4小时,得到混合料;
[0082]③烧结
[0083]在密闭反应炉中烧结:
[0084]将步骤②制备的混合料置于真空可充气管式炉中,将反应炉抽真空至1X10 2Pa后开始加热并继续抽真空,当反应炉内温度升至1000°c时,在此温度和继续抽真空条件下保温烧结1.5小时,保温烧结结束后随炉冷却至温度低于100°C出炉;
[0085]④破碎
[0086]将出炉后的产物通过球磨破碎并过500目筛,即制得Co-15% N1-5% Fe-18% (Cr0.85,V0.025,Ti0.025, Mo0.025, Ta0.025, Nb0.025, Zr0.025) 2 (C0.9, N0.1)硬质合金用含氮母合金粘结相粉体;
[0087](2)硬质合金的制备
[0088]①配料
[0089]按以下原料及其质量百分比计量各原料:
[0090]分别称取9.6Kg WC粉、0.3Kg Co粉和0.lKg由步骤⑴制得的含氮母合金粘结相粉体;
[0091]②混料、制粒和成型
[0092]将计量好的原料粉末装入球磨罐,按照6:1的球料比装入磨球,倒入8L酒精,球磨72小时,取出后干燥,然后添加胶质成型剂聚乙二醇造粒得到颗粒状混合料,将所得混合料装入模具内压制成硬质合金毛坯;
[0093]③烧结
[0094]将步骤②制备的硬质合金毛坯置于密闭反应炉中并对反应炉抽真空,当反应炉内的压力为IPa时开始加热并继续抽真空,当反应炉内温度升至250°C时在该温度和抽真空条件下保温4小时脱除硬质合金毛坯中的胶质,然后在抽真空条件下升温至1500°C,在该温度和抽真空条件下保温1小时,保温结束后停止抽真空,向反应炉内通入氩气至氩气压为2MPa并维持炉内温度在1500°C继续保温1小时,保温结束后随炉冷却至室温,即得基于含氮母合金粘结相的硬质合金。经检测,该硬质合金的抗弯强度为2600MPa,维式硬度为1970,断裂韧性为8.0MPa.m1/2的
[0095]实施例3
[0096]本实施例所制备的基于新型含氮母合金粘结相的硬质合金,其工艺步骤如下:
[0097](1)含氮母合金粘结相粉体的制备
[0098]①配料
[0099]按照所制备的硬质合金用含氮母合金粘结相粉体的化学式和各组分的含量配料,称取 30g Co 粉、20g Ni 粉和 50g(V0.9, Tiai) (C。」,N0.9)粉;
[0100]②混料和干燥
[0101]将配好的原料
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