Co基高温黏结剂硬质合金的制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种高温黏结相硬质合金的制备方法。
【背景技术】
[0002] 硬质合金是以难熔金属硬质化合物（WC、TiC、TiN等）为基，以金属为黏结剂，用粉 末冶金技术制备的耐高温、耐磨损材料。硬质合金的优良综合性能和高切削加工效率使其 广泛应用于高强钢、优质铸造合金等高速切削刀具、粉末成形及金属塑性加工用模具、冲击 工具等。应当前社会工业节能、绿色、高效的发展趋势，对硬质合金工模具的综合性能及寿 命提出了更高要求，特别是航空航天、微电子、微加工等高端工业应用领域，急迫需求生产 圆盘切刀、高速切削刀片、微型工模具等具有优异抗高温磨损的硬质合金材料
[0003] Co元素因具有优良综合性能，与硬质碳化物润湿性好而被用作硬质合金材料的关 键黏结剂。但由于其存在高温软化、高温氧化、脱碳等缺点，缩短了硬质合金的使用寿命，限 制了其在较高温度（> 800°C)下的应用。因此，急需一种具有优良高温性能的新型黏结剂 材料替代Co金属单质。
【发明内容】
[0004] 本发明是针对硬质合金材料应用限制的研发领域现状，提供一种Co基高温黏结 相硬质合金的制备方法。
[0005] 为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的，
[0006] -种Co基高温黏结相硬质合金的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
[0007] (1)按质量百分比称取82. 5~88. 7%的CoCl2 ·6Η20(六水氯化钴）、8· 2~13. 4% 的A1C13 (氯化铝）和0· 9~4· 1 %的W03 (三氧化钨）粉末；
[0008] (2)先将C〇Cl2 · 6H20、A1C13和去离子水配成浓度为0· 36mol/L溶液，然后加 入胃)3粉末成悬浊液；再按体积比1. 2:1向悬浊液中加入浓度为0. 324~0. 394mol/L的 (NH4)2C204 (草酸铵）溶液；
[0009] (3)将步骤⑵所得溶液过滤、干燥，得到前驱体粉末；
[0010] (4)在氢气气氛条件下将干燥粉末置于管式炉中，于480~510°C还原，保温至少 2小时，并控制降温速率冷却；
[0011] (5)将还原粉末在氩气保护下球磨，得到C0-A1-W预合金粉末；
[0012] (6)按质量百分比称取90%的WC和10%的Co-Al-W预合金粉末混合球磨，取出后 在不低于150°C下真空干燥；
[0013] (7)将步骤（6)所得球磨粉末装入模具冷压成形；
[0014] (8)在氩气气氛保护下将步骤（7)所得冷压成形的生坯在氩气保护下于1410~ 1460°C烧结，保温至少0. 5小时，控制烧结炉降温速率，最后得到Co基高温黏结相硬质合金 块体。
[0015] 步骤（3)所述干燥在空气中干燥2小时以上，温度120°C。
[0016] 步骤⑷所述还原，控制降温速率15°C/min。
[0017] 步骤（5)所述球磨为干磨，料：球=1 :8~12,磨球和磨罐均为不锈钢，球磨时间 至少10小时。
[0018] 步骤（6)所述混合球磨为湿磨，球磨介质为无水乙醇，磨球和磨罐均为不锈钢， 料：球：无水乙醇=1 :18~21 :0. 3,球磨时间至少13小时。真空干燥的真空度为102Pa。
[0019] 步骤⑶所述烧结，控制降温速率为10~18°C/min。
[0020] 与现有技术相比，本发明具有以下特点和优势：
[0021] 1、在制备Co基高温黏结相硬质合金块体过程中，本发明完全改变了已有方法中 单纯采用Co金属及其合金作为黏结剂材料制备硬质合金的思路，而是根据大量研究成果， 采用一种Co基粉末作为硬质合金的黏结剂，并研究Co基高温合金的原料粉末配比、硬质合 金物相组成和界面特性之间的关系。此方法具有成分控制精度高，工艺稳定性和重复性较 强，克服了因Co金属高温脱碳和组分偏析对硬质合金高温力学性能的不良影响。
[0022] 2、在Co基混合粉末的高能球磨工艺方面的本质特点是：通过化学反应对Co基高 温合金进行预合金化，从而抑制硬质合金制备过程中发生硬质碳化物脱碳和生成金属化合 物。其科学原理是：通过化学合成得到前驱体粉末，再经过还原得到预合金粉末。预合金化 使Co基合金形成多元固溶体，一方面促进硬质合金压制烧结合金化，利于材料成型；另一 方面抑制烧结过程中Co与硬质碳化物相间过度反应，避免生成脱碳相。
[0023] 本发明用Co-Al-W预合金粉末替代单质Co粉作为黏结剂，制备的硬质合金维氏硬 度多1550/kg·mm2、抗弯强度多4450MPa、1000°C拉伸强度多4351MPa。
【具体实施方式】
[0024] 以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0025] 以下各实施例制备的Co基高温黏结相硬质合金，抗弯强度测试条件符合 《GB3851-83》标准，高温抗拉强度测试条件符合《GB4338-84》标准。实施例1
[0026](1)在真空手套箱中（真空度0· 02MPa)，按质量百分比称取88. 7 %的 C〇C12*6H20(六水氯化钴）、8.2%的A1C13(氯化铝）和3. 1%的W03(三氧化钨）粉末；用磁 力搅拌机将C〇Cl2 · 6H20、A1C1#P去离子水配成浓度为0. 36mol/L溶液，向溶液中加入TO3 粉末，按体积比例1. 2:1向悬浊液中加入浓度为0. 353mol/L的（NH4)2C204(草酸铵）溶液， 此时水浴温度为55°C，搅拌1. 5小时。
[0027] (2)将溶液过滤，并用鼓风干燥箱在120°C空气中干燥2. 5小时，得到前驱体粉末， 升温速率13°C/min;在氢气气氛条件下将干燥粉末置于管式炉（石英管，管径60_)中，于 510°C还原，升温速率8°C/min，降温速率15°C/min，保温2小时。
[0028] (3)将还原粉末在氩气保护下高能球磨12小时，球磨机转速为380转/分，磨球和 球磨罐材料均为不锈钢，料：球=1 :9,最后得到Co-Al-W预合金粉末。
[0029] (4)按质量百分比称取90%的WC和10%的Co-Al-W预合金粉末高能球磨14小 时，球磨机转速为320转/分，球磨介质为无水乙醇，磨球和球磨罐材料均为不锈钢，料：球： 无水乙醇=1 :19 :0. 3。取出后150°C真空干燥（真空度102Pa)，所得球磨粉末装入模具冷 压成形。
[0030] (5)在氩气气氛保护下将步骤（4)所得冷压成形的生坯装入管式烧结炉中，氩气 保护下于1430°C的烧结，升温速率为5°C/min，降温速率为12°C/min，保温0. 5小时。
[0031] 实施例2
[0032] (1)按质量百分比称取 82.5% 的C〇C12.6H20、13.4% 的A1C13和 4. 1% 的W03粉末； 用磁力搅拌机将C〇Cl2 · 6H20、A1C1#P去离子水配成浓度为0. 36mol/L溶液，向溶液中加入 W03粉末，按体积比例1. 2:1向悬浊液中加入浓度为0. 375mol/L的（NH4)2C204(草酸铵）溶 液，此时水浴温度为55°C，搅拌2小时。
[0033] (2)将溶液过滤，并用鼓风干燥箱在120°C空气中干燥2. 2小时，得到前驱体粉末， 升温速率13°C/min;在氢气气氛条件下将干燥粉末置于管式炉（石英管，管径60_)中，于 495°C还原，升温速率8°C/min，降温速率15°C/min，保温2. 5小时。
[0034] (3)将还原粉末在氩气保护下高能球磨11小时，球磨机转速为400转/分，磨球和 球磨罐材料均为不锈钢，料：球=1 :10,最后得到Co-Al-W预合金粉末。
[0035]