一种五元硬质合金用固溶体及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种五元硬质合金用固溶体和金属陶瓷刀具及其制备方法。该五元硬质合金用固溶体的化学式为（W0.26‑0.33Ta0.19‑0.25Ti0.44‑0.54）（C0.70‑0.79N0.20‑0.29），其制备方法包括如下步骤：按重量份分别称取32~37份WC，27~32份Ta2O5，19~24份TiO2以及10~15份炭黑粉末，球磨然后干燥，获得混合料粉末，压制成坯料后，转入真空反应器中，在通N2气氛、1600~1800℃下碳化还原反应1.5~2.5h，再在N2气氛、1800~1900℃下固溶反应3~5h，获得（W，Ta，Ti）（C，N）五元硬质合金用固溶体粉末。本发明专利技术制备的五元硬质合金固溶体的固溶度高、氧含量低，性能优异，能大大提高刀具的性能，利用本发明专利技术的五元硬质合金固溶体制备金属陶瓷刀具材料，能获得力学性能优异的刀具材料。

Solid solution for five element hard alloy and preparation method thereof

The present invention relates to a solid solution and cermet cutting tool for five element hard alloy and its preparation method. The five yuan of hard alloy with chemical formula of solid solution for (W0.26 0.33Ta0.19 0.25Ti0.44 (C0.70 0.79N0.20 0.54) 0.29), its preparation method comprises the following steps: by weight respectively weighing 32~37 WC, 27~32 19~24 and TiO2 Ta2O5, a 10~15 carbon black powder, milling and drying get, mixture powder, pressed into the blank, into a vacuum reactor, in N2 atmosphere, the temperature of 1600~1800 DEG C carbide reduction reaction of 1.5~2.5h, N2, 1800~1900 in the atmosphere temperature solid reaction of 3~5h (W, Ta, for Ti) (C, N) five yuan of hard alloy by solid solution powder. Solid solution five yuan hard alloy prepared by the invention has high solubility, low oxygen content, excellent performance, can greatly improve the performance of cutting tools, solid solution preparation of metal ceramic tool material with five yuan of hard alloy of the invention can obtain excellent mechanical properties of tool material.

【技术实现步骤摘要】
一种五元硬质合金用固溶体及其制备方法
本专利技术属于硬质合金领域，具体涉及一种五元硬质合金用固溶体及其制备方法。
技术介绍
为了改善TiCN金属陶瓷刀具材料的切削性能，人们常加入WC、TaC来改善金属陶瓷刀具材料的高温红硬性，以扩大金属陶瓷刀具的应用范围，一般情况下都是以WC、TaC单质形式加。科学工作者经过大量的试验发现WC、TaC以（W，Ti，Ta）C固溶体的形式加入时，能最大幅度的提升TiCN基金属陶瓷的切削性能，但是刀具材料中C/N比难以精确控制，导致材料的性能不理想。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于，提供一种新型五元（W，Ta，Ti）（C，N）固溶体及其制备方法，以获得固溶度高、纯度高的（W，Ta，Ti）（C，N）五元固溶体。本专利技术的技术方案为：一种五元硬质合金用固溶体，所述五元硬质合金用固溶体的化学式为（W0.26-0.33Ta0.19-0.25Ti0.44-0.54）（C0.70-0..8N0.20-0.3）。优选地，所述五元硬质合金用固溶体的化学式为（W0.28-0.32Ta0.20-0.24Ti0.46-0.50）（C0.73-0.77N0.23-0.27）。优选地，所述五元硬质合金用固溶体的化学式为（W0.3Ta0.22Ti0.48）（C0.75N0.25）。优选地，所述五元硬质合金用固溶体的平均粒度为2~3μm。本专利技术中，如上所述的五元硬质合金用固溶体的制备方法，包括如下步骤：（1）按重量份分别称取32~37份WC，27~32份Ta2O5，19~24份TiO2以及10~15份炭黑粉末，混合得到原料混合物；（2）向步骤（1）中获得的原料混合物中加入球磨介质，通过滚动球磨将原料混合均匀，获得混合物料浆，其中球料比为2~4:1，球磨时间为10~14h；（3）将混合物料浆转入真空干燥箱内，在-0.06~-0.02Mpa压力、70~80℃温度下干燥，擦筛，获得粒径为0.5~1mm的混合料粉末；（4）将混合料粉末以0.4~0.8MPa的压力压制成料坯；（5）将压制好的料坯转入真空反应器中，在N2气氛、1600~1800℃下碳化还原反应1.5~2.5h，再在N2气氛、1800~1900℃下固溶反应3~5h，获得（W，Ta，Ti）（C，N）五元硬质合金用固溶体粉末。优选地，按重量份计，步骤（1）中原料混合物的组成为：34.61份WC、29.33份Ta2O5、22.19份TiO2和13.87份炭黑粉末。进一步地，步骤（2）中球磨介质为酒精。本专利技术以WC为W源，TiO2作为Ti源，Ta2O5作为Ta源，再配以一定量的炭黑粉末，在N2气氛下进行还原碳化-固溶反应，从而制得所需的固溶体粉末。通过本方法制备所得的固溶体粉末具有很好的固溶度，通过XRD分析为单相结构，同时产品的纯度高，氧含量低，成分可控。进一步地，步骤（2）中球料比为3:1，球磨时间为12h。进一步地，步骤（3）中的干燥压力为-0.04Mpa，干燥温度为75℃。进一步地，步骤（5）中碳化还原反应时间为2h，固溶反应时间为3h。制备TiCN金属陶瓷刀具材料时，将WC、TaC以五元新型固溶体（W，Ti，Ta）（C，N）的方式加入时就能完全解决材料中C/N比的难以精确控制的问题，以充分发挥WC、TaC的协同作用，最大极限的发挥出WC的耐磨性和TaC的高温红硬性，从而生产出质量稳定且性能优异的金属陶瓷刀具材料。本专利技术制备的五元硬质合金固溶体的固溶度高、氧含量低，性能优异，利用本专利技术的五元硬质合金固溶体制备金属陶瓷刀具材料，能提高刀具材料的抗弯强度和韧性，获得使用寿命较长的刀具材料。附图说明图1是本专利技术实施例1中的固溶体粉末的XRD图谱。具体实施方式以下将结合实施例来详细说明本专利技术。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。实施例1本实施方式中，五元硬质合金用固溶体的制备，包括如下步骤：（1）按重量份分别称取34.61份WC，29.33份Ta2O5，22.19份TiO2以及13.87份炭黑粉末，混合得到原料混合物；（2）以酒精作为球磨介质，通过滚动球磨将原料混合均匀，获得混合物料浆，其中球料比为3:1，球磨时间为12h；（3）将混合物料浆转入真空干燥箱内，在-0.04Mpa压力、75℃温度下干燥，擦筛，获得粒径为0.5~1mm的混合料粉末；（4）将混合料粉末以0.6MPa的压力压制成一定形状的料坯；（5）将压制好的料坯转入真空反应器中，在通N2气氛、1700℃下碳化还原反应2h，再在N2气氛、1900℃下固溶反应3h，获得（W，Ta，Ti）（C，N）五元硬质合金用固溶体粉末。按照实施例1的方法，得到最终组织为（W0.3Ta0.22Ti0.48）（C0.75N0.25）的固溶体粉末，该固溶体粉末的化学组成如见表1所示。表1固溶体化学成份元素WTiTaCTCFNO测试值（wt.%）42.2417.630.96.50.022.60.08由上表可以看出所制得粉末成分基本与设计值相符，氧含量很低（≤0.1%），粉末具有较高的纯度（＞99.5%）；其中，CT是固溶体的总碳含量，CF是固溶体中没有固溶好的游离碳含量，CF和O都属于杂项，含量越小越好。将图1中固溶体粉末的XRD图谱与相应标准PDF卡片对比可知，所得固溶体粉末为单相物质，且结晶度高。本实施例中，利用（W0.3Ta0.22Ti0.48）（C0.75N0.25）固溶体粉末制备金属陶刀具材料，具体包括如下步骤：（1）按照配方：50wt.%TiC0.7N0.3，25wt.%（W0.3Ta0.22Ti0.48）（C0.75N0.25）、7wt.%Co、8wt.%Ni和10wt.%Mo2C，分别称取Co、Ni、Mo2C、（W0.3Ta0.22Ti0.48）（C0.75N0.25）和TiC0.7N0.3，混合；（2）以己烷为湿磨介质，球磨70h，以将原料均匀混合，其中，球料比为4:1；（3）再参蜡混合2h，干燥制粒后压成刀片毛坯，在1470℃、4~6MPa条件下，低压烧结1.5h，获得金属陶瓷刀具材料。其中，步骤（2）中己烷的添加量为每公斤粉末原料添加400毫升。检测结果显示，该刀具材料的抗弯强度达到2285MPa，硬度达到92HRA，表现出极好的力学性能。上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本专利技术，而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种五元硬质合金用固溶体，其特征在于，所述五元硬质合金用固溶体的化学式为（W0.26‑0.33Ta0.19‑0.25Ti0.44‑0.54）（C0.70‑0.8N0.20‑0.30）。

【技术特征摘要】
1.一种五元硬质合金用固溶体，其特征在于，所述五元硬质合金用固溶体的化学式为（W0.26-0.33Ta0.19-0.25Ti0.44-0.54）（C0.70-0.8N0.20-0.30）。2.根据权利要求1所述的五元硬质合金用固溶体，其特征在于，所述五元硬质合金用固溶体的化学式为（W0.28-0.32Ta0.20-0.24Ti0.46-0.50）（C0.73-0.77N0.23-0.27）。3.根据权利要求1所述的五元硬质合金用固溶体，其特征在于，所述五元硬质合金用固溶体的化学式为（W0.3Ta0.22Ti0.48）（C0.75N0.25）。4.根据权利要求1所述的五元硬质合金用固溶体，其特征在于，所述五元硬质合金用固溶体的平均粒度为2~3μm。5.一种如权利要求1~4任一项所述的五元硬质合金用固溶体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）按重量份分别称取32~37份WC，27~32份Ta2O5，19~24份TiO2以及10~15份炭黑粉末，混合得到原料混合物；（2）向步骤（1）中获得的原料混合物中加入球磨介质，通过滚动球磨将原料混合均匀，获得混合物料浆，其中球料比为2~4:1，球磨时间为10~14h；（3）将混合物料浆转入真空...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭伟，张平，
申请(专利权)人：长沙伟徽高科技新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43