一種復合碳化鎢硬質合金棒材及其制備方法技術

本發明專利技術提供了一種復合碳化鎢硬質合金棒材，具體為，Ir-WC-NdFeCo或Nb-WC-NdFeCo，以及由此延生的Ir-TiC-NdFeCo或Nb-TiC-NdFeCo。該合金由WC或TiC粉末、Co粉末、Nb或Ir粉末以及Nd2Fe14B粉末制成。本發明專利技術同時公開了該硬質合金棒材的四種制備方法，分別為球磨法，擠壓成型法，冷等靜壓法，模壓成型法，采用該4種制備方法，得到了高硬度、高斷裂韌性、高抗壓強度的合金，屬于新型硬質合金棒材，可工業化生產。

【技術實現步驟摘要】
一種復合碳化鎢硬質合金棒材及其制備方法
本專利技術涉及一種復合碳化鎢硬質合金棒材及其制備方法，同時將該碳化鎢硬質合金進一步涉及到鈦化鎢，屬于新型復合金屬合金及其制備領域。
技術介紹
硬質合金是以難熔金屬碳化物(WC和TiC等)為基體，鐵族金屬(Co,Fe和Ni)作為黏結相，用粉末冶金方法制造的一種復合結構材料，因具有高強度高硬度及良好的耐磨性，在金屬切削、金屬成型工具、礦山采掘、石油鉆井、國防軍工及石材、木材切割等方面獲得了廣泛應用，被喻為“現代工業的牙齒”，其中以鈷作為黏結相的WC-Co系硬質合金研究和應用最為廣泛。超細晶WC-Co合金因具有高強度與高斷裂韌性的雙高特點，被廣泛用作精密切削刀具材料。超細晶WC-Co合金的制備通常采用超細或納米級WC粉燒結制備而成。但在傳統液相無壓燒結過程中，超細或納米晶WC顆粒易于發生異常長大現象。如何控制WC的長大成為制備超細晶硬質合金的關鍵技術之一。隨著工業的不斷發展，鈷的應用越來越廣泛，而鈷資源也不斷減少，從而提高了碳化基硬質合金的生產成本，限制了鈷的進一步應用。為進一步改善碳化鎢基硬質合金的斷裂韌性等綜合性能，尋找無毒且能滿足要求的新型黏結相，成為了重要的研究內容之一。在過去的20多年中，國內外許多研究者開展了可作為Co替代物的黏結材料研究，其中研究較多的有：Ni，Fe，Ni-Fe，Ni-Co，Ni-Cr，Ni-Cr-Mo-Al和Fe-Co等。但工業應用表明：以這些材料作為黏結相的硬質合金的綜合性能低于WC-Co系合金的綜合性能，難以適應酸性、高溫氧化性等復雜惡劣工作環境，限制了其在硬質合金工業中的廣泛應用。與鈷比較，金屬間鋁化合物(簡稱MxAl，M代表金屬元素，如Ni，Fe和Ti等，下同)因具有高熔點、高硬度、優異抗腐蝕性能以及耐高溫抗蠕變等優點，可望改善WC-Co系硬質合金的缺點。研究表明：Ni3Al對WC有一定的潤濕性。索進平等[9]在采用含有WC的Ni3Al焊條焊接NiAl過程中，也發現Ni3Al對WC具有良好的潤濕性。Ahmadian等采用電弧熔煉及氣壓粉碎法制備了預合金化的Ni3Al-B粉，然后再與粒度為0.8μm的WC粉球磨混合并通過真空熱壓坯燒結，獲得了Ni3Al黏結的WC基硬質合金，但對WC/Ni3Al之間的界面反應及合金的斷裂行為與高溫抗氧化性能并沒有進行研究。李小強等采用等離子燒結方法制備了WC-10Ni3Al(質量分數，下同)硬質合金，但合金中WC晶粒主要為微米級板條狀。而龍堅戰等采用鎳粉、鋁粉與碳化鎢粉(粒度為15~20μm)為原料，通過預燒結獲得Ni3Al-WC復合粉，再把復合粉經過脫氧處理后，壓制成型并低壓燒結獲得Ni3Al黏結的粗晶WC基硬質合金，但該工藝存在著工藝流程長、工藝復雜等問題，所制備的WC晶粒尺寸粗大，分布不均勻，同時合金中還含有部分NiAl相，使得材料的力學性能相對偏低，且制備條件要求高。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種復合碳化鎢硬質合金棒材，包括如下重量份的原料組成：WC粉末80-90份、Co粉末0.3-0.8份、Nb或Ir粉末0.001-0.1份以及Nd2Fe14B粉末0.5-12.5份。進一步優選為WC粉末85-90份、Co粉末0.5-0.7份、Nb或Ir粉末0.001-0.01份以及Nd2Fe14B粉末3.5-7.5份。更進一步優選為包括如下重量份的原料組成：WC粉末86.7份、Co粉末0.49份、Nb或Ir粉末0.0024份以及Nd2Fe14B粉末10.5份。所述的WC粉末的晶粒度為100-180nm，Co粉末過0.1-0.5μm，Nb粉末為0.5-10μm，Ir粉末為0.5-10μm，Nd2Fe14B粉末0.5-10μm。進一步優選為WC粉末的晶粒度為150nm，Co粉末過0.2μm，Nb粉末為2μm，Ir粉末為2.8μm，Nd2Fe14B粉末4.5μm。上述的該合金棒材原料還包括5-15份的聚丙二醇醚、聚醚酯或脂肪酸酯。上述復合材料中，WC粉還可以替換為TiC粉，TiC粉晶粒度為200nm。其他金屬材料的添加及添加量可參考WC粉，但最優選方案為TiC粉末88.3份、Co粉末0.6份、Nb粉末0.0036份或Ir粉末0.0018份以及Nd2Fe14B粉末11份。上述中的復合碳化鎢硬質合金棒材的制備方法，包括如下步驟：將WC粉末，Co粉末，Nb粉末或Ir粉末，Nd2Fe14B粉末按比例混合后，在行星式球磨機上球磨，球磨機內設置有聚丙二醇醚、聚醚酯或脂肪酸酯，球磨30-40h后噴霧干燥制粒，得到Ir-WC-NdFeCo復合粉或Nb-WC-NdFeCo復合粉，將該復合粉氬氣保護下，在50-100pa，1000℃-1600℃下保溫煅燒50-80min，待爐冷卻至室溫后得到復合碳化鎢硬質合金棒材。上述中的復合碳化鎢硬質合金棒材的制備方法，還可以包括如下步驟：將WC粉末，Co粉末，Nb粉末或Ir粉末，Nd2Fe14B粉末按比例混合后，在行星式球磨機上球磨，球磨機內設置有聚丙二醇醚、聚醚酯或脂肪酸酯，球磨30-40h后噴霧干燥制粒，得到Ir-WC-NdFeCo復合粉或Nb-WC-NdFeCo復合粉，將該復合粉在100MPa下壓制成型，經氫氣脫脂后氬氣保護下，在50-100pa，1000℃-1600℃下保溫煅燒50-80min，待爐冷卻至室溫后得到復合碳化鎢硬質合金棒材。上述中的復合碳化鎢硬質合金棒材的制備方法，還可以包括如下步驟：將WC粉末，Co粉末，Nb粉末或Ir粉末，Nd2Fe14B粉末按比例混合后，在行星式球磨機上球磨，球磨機內設置有聚丙二醇醚、聚醚酯或脂肪酸酯，球磨30-40h后噴霧干燥制粒，得到Ir-WC-NdFeCo復合粉或Nb-WC-NdFeCo復合粉，將該復合粉在400MPa，400℃下壓制成型，經氫氣脫脂后氬氣保護下，在5-10pa，1000℃-1600℃下保溫煅燒50-80min，待爐冷卻至室溫后得到復合碳化鎢硬質合金棒材。上述中的復合碳化鎢硬質合金棒材的制備方法，還可以包括如下步驟：將WC粉末，Co粉末，Nb粉末或Ir粉末，Nd2Fe14B粉末按比例混合后，在行星式球磨機上球磨，球磨機內設置有聚丙二醇醚、聚醚酯或脂肪酸酯，球磨30-40h后噴霧干燥制粒，得到Ir-WC-NdFeCo復合粉或Nb-WC-NdFeCo復合粉，將該復合粉在450MPa下模壓成型，再在1500℃-1800℃下保溫煅燒50-80min，待爐冷卻至室溫后得到復合碳化鎢硬質合金棒材。采用本專利技術的技術方案具有如下技術效果：1.本專利技術提供了一種新型復合碳化鎢硬質合金棒材，Ir-WC-NdFeCo復合硬質合金棒材或Nb-WC-NdFeCo復合硬質合金棒材，同時將該碳化鎢硬質合金延生到碳化鈦，得到Ir-TiC-NdFeCo復合粉或Nb-TiC-NdFeCo復合粉，并將該復合粉采用復合碳化鎢硬質合金棒材的制備方法得到相應的Ir-TiC-NdFeCo復合硬質合金棒材或Nb-TiC-NdFeCo復合硬質合金棒材。2.本專利技術的新型復合碳化鎢硬質合金棒材的適合多種制備方法，且，制備方法簡單，條件較為溫和，得到的硬質合金性能優異，具體表現在以下實施例中。3.本專利技術的新型復合碳化鎢硬質合金棒材在制備過程中，球磨時間短。具體實施方式實本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種復合碳化鎢硬質合金棒材，其特征在于，包括如下重量份的原料組成：WC粉末80?90份、Co粉末0.3?0.8份、Nb或Ir粉末0.001?0.1份以及Nd2Fe14B粉末0.5?12.5份。

【技術特征摘要】
1.一種復合碳化鎢硬質合金棒材，其特征在于，包括如下重量份的原料：WC粉末80-90份、Co粉末0.3-0.8份、Nb或Ir粉末0.001-0.1份以及Nd2Fe14B粉末0.5-12.5份。2.根據權利要求1所述的復合碳化鎢硬質合金棒材，其特征在于，包括如下重量份的原料：WC粉末85-90份、Co粉末0.5-0.7份、Nb或Ir粉末0.001-0.01份以及Nd2Fe14B粉末3.5-7.5份。3.根據權利要求1所述的復合碳化鎢硬質合金棒材，其特征在于，包括如下重量份的原料：WC粉末86.7份、Co粉末0.49份、Nb或Ir粉末0.0024份以及Nd2Fe14B粉末10.5份。4.根據權利要求1所述的復合碳化鎢硬質合金棒材，其特征在于，所述的WC粉末的粒度為150nm，Co粉末為0.2μm，Nb粉末為2μm，Ir粉末為2.8μm，Nd2Fe14B粉末4.5μm。5.根據權利要求3所述的復合碳化鎢硬質合金棒材，其特征在于，該合金棒材原料還包括5-15份的聚丙二醇醚、聚醚酯或脂肪酸酯。6.根據權利要求1～5任一項所述的復合碳化鎢硬質合金棒材的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：將WC粉末，Co粉末，Nb粉末或Ir粉末，Nd2Fe14B粉末按比例混合后，在行星式球磨機上球磨，球磨機內設置有聚丙二醇醚、聚醚酯或脂肪酸酯，球磨30-40h后噴霧干燥制粒，得到Ir-WC-NdFeCo復合粉或Nb-WC-NdFeCo復合粉，將該復合粉氬氣保護下，在50-100Pa，1000℃-1600℃下保溫煅燒50-80min，待爐冷卻至室溫后得到復合碳化鎢硬質合金棒材。7.根據權利要求1～5任一項所述的復合碳化鎢硬質合金棒材的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：將WC粉末，Co粉末，Nb粉末或Ir粉末，Nd2Fe14B粉末按比例混合后，在行星式...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭華彬，趙迎九，郭建鋒，劉小平，陳敏，蔡運花，王高安，熊劍飛，
申請(專利權)人：江西耀升鎢業股份有限公司，
類型：發明
國別省市：江西;36