一种高耐磨性与高韧性的硬质合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高耐磨性与高韧性的硬质合金及其制备方法，硬质合金的表层为复合金属陶瓷，内部为WC‑Co硬质合金；复合金属陶瓷包括耐磨相、过渡相和增韧基体。本发明专利技术提供的硬质合金表层为复合金属陶瓷，内部为WC‑Co硬质合金，这种硬质合金的表层具有高硬度与耐磨性同时芯部具有较好的韧性。本发明专利技术提供的硬质合金以复合金属陶瓷颗粒和WC‑Co硬质合金颗粒为原料，采用激光选区熔化3D直接打印法制备得到，本发明专利技术中的复合金属陶瓷颗粒兼具耐磨性以及韧性的优势，激光选区熔化3D直接打印法能够快速熔化并凝固，能够有效控制硬质合金颗粒在烧结过程中的长大，从而提高硬质合金的强度及耐磨性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及合金
，尤其涉及一种硬质合金及其制备方法。
技术介绍
硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。硬质合金作为一类特殊工具材料已经广泛用于制造切削工具、刀具、钻具和耐磨零部件，广泛应用于军工、航天航空、机械加工、冶金、石油钻井、矿山工具、电子通讯、建筑等领域。申请号为201510541956.7的中国专利公开了一种硬质合金材料，所述硬质合金材料由以下重量百分比的组分组成：1～20％粘结相，80～99％硬质相，所述硬质相由WC和TiAlCN组成，所述WC占所述硬质合金材料的重量百分比为60～98.5％，所述TiAlCN占所述硬质合金材料的重量百分比为0.5～20％。现有技术提供的这种硬质合金能够使硬质相具有较高的硬度和抗氧化性能，能够提高制得的硬质合金工具的高温强度、硬度和韧性，TiAlCN硬质相还能够细化WC硬质相晶粒，提高硬质合金的硬度、强度和韧性；TiAlCN硬质相在硬质合金高温使用过程中，能够在工具表面能够形成致密氧化物保护膜，抗氧化温度达到800℃以上，并且抗硫化和抗各种介质腐蚀，硬质合金工具可在高温和恶劣的环境下工作。但是这种硬质合金难以同时兼顾耐磨性、韧性和硬度，限制了其广泛应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种硬质合金及其制备方法，本专利技术提供的硬质合金同时具有较好的韧性、硬度和耐磨性。本专利技术提供了一种硬质合金，硬质合金的表层为复合金属陶瓷，内部为WC-Co硬质合金；复合金属陶瓷包括耐磨相、过渡相和增韧基体。优选的，耐磨相为金刚石、AlMgB14、WB4或ReB2。优选的，过渡相为Ti、TiC、W、WC、Mo或Mo2C。优选的，增韧基体为Co、Fe、Ni及其合金。优选的，耐磨相、过渡相和增韧基体的体积比为(30～90)：(10～40)：(10～50)。优选的，WC-Co硬质合金中Co的质量含量为5～25％，其中WC的粒径为20～1000nm。本专利技术提供了一种上述技术方案中硬质合金的制备方法，包括：将复合金属陶瓷颗粒进行激光选区熔化3D直接打印，形成硬质合金表层；在硬质合金表层将WC-Co硬质合金颗粒进行激光选区熔化3D直接打印，形成硬质合金芯部；在硬质合金芯部表面将复合技术陶瓷颗粒进行激光选区熔化3D直接打印，得到硬质合金；复合金属陶瓷颗粒包括：耐磨相；包覆在耐磨相表面的过渡相；包覆在过渡相表面的增韧基体。优选的，复合金属陶瓷颗粒的粒径为30～100μm。优选的，硬质合金的制备方法具体包括以下步骤：(1)将复合金属陶瓷颗粒平铺后加热形成当前层；(2)采用激光束按照预设的当前层截面轮廓进行扫描，使复合金属陶瓷颗粒烧结，形成第一截面层；(3)在第一截面层上平铺WC-Co硬质合金颗粒重复上述步骤(2)的操作过程，直至达到预定厚度，得到第二截面层；(4)在第二截面层上平铺复合金属陶瓷颗粒重复上述步骤(2)的操作过程，直至达到预定厚度，得到硬质合金。优选的，步骤(2)中激光束的功率为300～400W；光斑直径为30～200μm；扫描的间距为0.05～0.07mm；扫描的速度为800～1600mm/s。能量密度能达到106～107W/cm2。本专利技术提供的硬质合金表层为复合金属陶瓷，内部为WC-Co硬质合金，这种硬质合金的表层具有高硬度与耐磨性同时芯部具有较好的韧性。本专利技术提供的硬质合金以复合金属陶瓷颗粒和WC-Co硬质合金颗粒为原料，采用激光选区熔化3D直接打印法制备得到，本专利技术中的复合金属陶瓷颗粒兼具耐磨性以及韧性的优势，激光选区熔化3D直接打印法能够快速熔化并凝固，能够有效控制硬质合金颗粒在烧结过程中的长大，从而提高硬质合金的强度及耐磨性。本专利技术通过选择特定的制备原料以及制备方法，在制备原料和制备方法的综合作用下使得到的硬质合金具有较好的韧性、硬度以及耐磨性。此外，由于本专利技术采用激光选区熔化3D直接打印法制备硬质合金，能够高效制备任意特殊形状的硬质合金，可以节省大量的模具制造成本和机加工成本。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的复合金属陶瓷颗粒以及硬质合金产品的结构示意图。具体实施方式本专利技术提供了一种硬质合金，硬质合金的表层为复合金属陶瓷，内部为WC-Co硬质合金；复合金属陶瓷包括耐磨相、过渡相和增韧基体。在本专利技术中，耐磨相优选包括金刚石、AlMgB14、WB4或ReB2在本专利技术中，过渡相优选为Ti、TiC、W、WC、Mo或Mo2C。在本专利技术中，增韧基体优选为Co、Fe、Ni及其合金。在本专利技术中，耐磨相、过渡相和增韧基体的体积比优选为(30～90)：(10～40)：(10～50)，更优选为(40～80)：(15～35)：(15～40)，最优选为50:20:30。在本专利技术中复合金属陶瓷表层的厚度优选为0.5～5mm，更优选为1～4mm，最优选为2～3mm。在本专利技术中，WC-Co硬质合金中Co的质量含量优选为5～25％，更优选为10～20％，最优选为14～16％。在本专利技术中，WC-Co硬质合金中WC的粒径优选为20～1000nm，更优选为50～900nm，更优选为100～800nm，更优选为200～600nm，最优选为300～500nm。在本专利技术中内部WC-Co硬质合金的厚度优选为5～40mm，更优选为10～30mm，更优选为15～25mm，最优选为20mm。本专利技术提供了一种上述技术方案中硬质合金的制备方法，包括：将复合金属陶瓷颗粒进行激光选区熔化3D直接打印，形成硬质合金表层；在硬质合金表层将WC-Co硬质合金颗粒进行激光选区熔化3D直接打印，形成硬质合金芯部；在硬质合金芯部表面将复合技术陶瓷颗粒进行激光选区熔化3D直接打印，得到硬质合金；复合金属陶瓷颗粒包括：耐磨相；包覆在耐磨相表面的过渡相；包覆在过渡相表面的增韧基体。在本专利技术中，耐磨相、过渡相和增韧基体的成分和体积比与上述技术方案中的耐磨相、过渡相和增韧基体的成分和体积比一致，在此不再赘述。在本专利技术中，耐磨相的粒径优选为5～50μm，更优选为20～30μm，最优选为30～40μm。在本专利技术中，过渡相的厚度优选为1～10μm，更优选为2～8μm，最优选为3～6μm。在本专利技术中，增韧基体的厚度优选为1～20μm，更优选为5～15μm，最优选为8～12μm。在本专利技术中，复合金属陶瓷颗粒的粒径优选为30～100μm，更优选为40～60μm。本专利技术对复合金属陶瓷颗粒的来源没有特殊的限制，可采用雾化干燥制粒或滚动制粒的方法制备得到。在本专利技术中，复合金属陶瓷颗粒制备方法可以为：将耐磨相、过渡相和石蜡混合，得到第一混合物；将混合物依次进行湿磨、干燥制粒、过筛、脱蜡和烧结，得到包覆过渡相的耐磨相；将包覆过渡相的耐磨相、增韧基体和石蜡混合，得到第二混合物；将第二混合物依次进行湿磨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硬质合金，其特征在于，硬质合金的表层为复合金属陶瓷，内部为WC‑Co硬质合金；复合金属陶瓷包括耐磨相、过渡相和增韧基体。

【技术特征摘要】
1.一种硬质合金，其特征在于，硬质合金的表层为复合金属陶瓷，内部为WC-Co硬质合金；复合金属陶瓷包括耐磨相、过渡相和增韧基体。2.根据权利要求1所述的硬质合金，其特征在于，表层复合金属陶瓷中的耐磨相为金刚石、AlMgB14、WB4或ReB2。3.根据权利要求1所述的硬质合金，其特征在于，表层复合金属陶瓷中的过渡相为Ti、TiC、W、WC、Mo或Mo2C。4.根据权利要求1所述的硬质合金，其特征在于，表层复合金属陶瓷中的增韧基体为Co、Fe、Ni及其合金。5.根据权利要求1所述的硬质合金，其特征在于，耐磨相、过渡相和增韧基体的体积比为(30～90)：(10～40)：(10～50)。6.根据权利要求1所述的硬质合金，其特征在于，WC-Co硬质合金中Co的质量含量为5～25％，其中WC的粒径为20～1000nm。7.一种权利要求1所述的硬质合金的制备方法，包括：将复合金属陶瓷颗粒进行激光选区熔化3D直接打印，形成硬质合金表层；在硬质合金表层将WC-Co硬质合金颗粒进行激光选区熔化3D直接打印，形成硬...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍尚华，陈健，邓欣，刘金洋，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44