一种硬质合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种硬质合金，所述硬质合金包括硬质相、粘结相和硬质合金固溶体，所述硬质合金固溶体为六元固溶体(W，Ti，Ta，Nb，Zr)C，(W，Ti，Ta，Nb，Zr)C中ZrC:NbC为(1:3)～(1:2)。本发明专利技术还提供了含有上述固溶体的硬质合金及硬质合金的制备方法。相比现有技术添加各种不同的粉末碳化物合金添加剂，本发明专利技术所提供的硬质合金，其固溶体为含有所需合金元素的固溶体，避免了分别添加不同碳化物时会产生的误差以及各种不同添加剂可能带入的杂质，提高了硬质合金的性能，本发明专利技术硬质合金所用的固溶体中，采用价格相对低廉的WC、TiC、NbC和ZrC部分替代TaC，解决了现有技术中，大量添加TaC价格高的问题。

A kind of cemented carbide and its preparation method

The invention provides a cemented carbide, which comprises a cemented phase, a bonding phase and a cemented carbide solid solution. The cemented carbide solid solution is a six-component solid solution (W, Ti, Ta, Nb, Zr) C, (W, Ti, Ta, Nb, Zr) C in which ZrC: NbC is (1:3) - (1:2). The invention also provides a preparation method of cemented carbide and cemented carbide containing the solid solution. Compared with the existing technology, the cemented carbide provided by the invention is a solid solution containing the required alloy elements, avoiding errors caused by adding different carbides and impurities that may be brought in by different additives, and improving the performance of the cemented carbide. The solid solution used in the cemented carbide of the invention is a solid solution containing the required alloy elements. By replacing TaC with WC, TiC, NbC and ZrC which are relatively cheap, the problem of high price of adding TaC in large quantities in existing technology is solved.

【技术实现步骤摘要】
一种硬质合金及其制备方法
本专利技术属于硬质合金
，具体涉及一种硬质合金及其制备方法。
技术介绍
先进制造技术对人类科学技术的发展起着至关重要的推动作用，机械加工技术作为先进制造技术中的重要组成部分，逐渐朝着更加柔性、更加高效、更加精密的方向发展，高速切削技术是先进制造技术的最重要的加工工艺之一。具有高硬度、高耐磨性和高化学稳定性等特性的先进刀具材料是先进切削加工技术应用的技术基础，也是切削加工领域研究的重要方向。WC-Co硬质合金作为重要的耐磨材料，被广泛地应用于切削刀具、模具、耐磨密封件以及矿山和石油采掘工具等众多需要高耐磨性的领域，被誉为“工业的牙齿”。该合金是以高硬度、高弹性模量的金属碳化物WC为硬质相，以过渡金属族元素Co为粘结相，采用粉末冶金工艺经液相烧结制成的材料。由于WC硬质相的高硬度、高耐磨性以及Co对WC良好的润湿性，以Co为粘结剂进行液相烧结而成的WC-Co硬质合金除了耐磨性好以外，还具有强度高、硬度高和弹性模量高等一系列优异的综合力学性能。现有技术中，为了进一步提高硬质合金的的物理力学性能，尤其是为了改善硬质合金的切削性能，常加入一些碳化钽(TaC)含量较高的碳化物，如(W、Ti、Ta)C。TaC具有优良的物理化学和高温结构性能，在硬质合金、切削刀具及航空航天材料领域具有广泛的应用。然而，由于Ta属于稀有金属，价格昂贵，添加了大量TaC的硬质合金材料的成本很高，其推广应用受到限制。
技术实现思路
为解决现有技术中，为改善材料的切削性能而添加了大量TaC的硬质合金成本高的问题，本专利技术的目的之一是提供一种硬质合金。本专利技术的目的之二是提供上述硬质合金的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种硬质合金，所述硬质合金包括以下质量百分比计的组分：硬质相60～80％，粘结相6～15％，余量为硬质合金固溶体，所述硬质合金固溶体为六元固溶体(W，Ti，Ta，Nb，Zr)C。优选地，所述硬质相为WC粉，所述粘结相为Co粉。进一步优选地，所述WC粉的粒度为1～3μm，所述Co粉的粒度为0.8～1.2μm。优选地，所述(W，Ti，Ta，Nb，Zr)C中ZrC与NbC的质量比为(1:3)～(1:2)。优选地，所述六元固溶体包括以下质量百分比计的组分：WC30～50％，TiC5～20％，TaC1～15％，NbC15～30％，ZrC10～20％。优选地，所述硬质合金固溶体的粒度为1.5～3.0μm。上述硬质合金的制备方法，其特征在于，步骤包括：(1)按配比称取所述硬质相、粘结相和硬质合金固溶体，混合后球磨；(2)向步骤(1)球磨后的混合料中加入成型剂，经干燥、制粒和压制得到坯体；(3)脱除坯体中的成型剂后，烧结即得所述硬质合金。优选地，步骤(1)中，所述球磨操作中，球料比为(3～3.5):1，球磨介质为无水乙醇，球磨时间为36～48h。优选地，所述成型剂为聚乙二醇。优选地，步骤(3)中，所述烧结的温度为1450～1500℃。碳化钨(WC)，是一种由钨和碳组成的化合物，为黑色六方晶体，有金属光泽，硬度与金刚石相近，为电、热的良好导体，WC不溶于水、盐酸和硫酸，易溶于硝酸－氢氟酸的混合酸中，纯的碳化钨易碎，掺入少量钛、钴等金属，能减少脆性。用作钢材切割工具的碳化钨，常加入碳化钛、碳化钽或它们的混合物，以提高抗爆能力。碳化钛(TiC)为浅灰色，属于立方晶系，不溶于水，与盐酸、硫酸几乎不起化学反应，能够溶解于王水、硝酸以及氢氟酸中，还可溶于碱性氧化物的溶液中。碳化钽(TaC)是浅棕色金属状立方结晶粉末，属于氯化钠型立方晶系，对抑制晶粒长大有明显效果，不溶于水，难溶于无机酸，能溶于氢氟酸和硝酸的混合酸中并可分解。抗氧化能力强，易被焦硫酸钾熔融并分解。用于粉末冶金、切削工具、精细陶瓷、化学气相沉积、硬质耐磨合金刀具、工具、模具和耐磨耐蚀结构部件的添加剂，提高合金的韧性。碳化铌(NbC)为带紫蓝色光的灰白粉末，溶于酸，不溶于硝酸和氢氟酸的混合物，不溶于水，常与碳化钨和碳化钽配合制超级硬质合金。碳化锆(ZrC)为暗灰色有金属光泽的立方晶体，性脆，不溶于冷水和盐酸，可溶于含有硝酸或双氧水的氢氟酸和热浓硫酸。本专利技术与现有技术的区别在于，本专利技术所采用的硬质合金添加剂为固溶体形式，制备硬质合金时只需将固溶体与硬质相和粘结相混合即可。而现有技术中，硬质合金添加剂通常为多种不同的碳化物合金粉末，在制备合金时，需要分别加入不同的碳化物合金粉末添加剂，如TiC粉末、TaC粉末、ZrC粉末等，然而，分别加入各种不同的添加剂，一方面，针对不同的添加剂需要分开称重，而多次称重会导致误差的积累，最终影响添加剂总量的准确度；另一方面，各种添加剂的纯度不同，加入多种添加剂，难以控制最终产品的纯度，易使最终产品中含有较多的杂质。而本专利技术硬质合金的添加剂为固溶体的形式，可以根据硬质合金的性能需求，将需要添加的各种元素提前制备成固溶体，在制备硬质合金时只需要添加固溶体一种物质即可，避免了多次称量会产生的误差以及各种不同添加剂可能带入的杂质。此外，固溶体中多种碳化物的使用也减少了TaC的含量，降低了材料的成本。其中，固溶体的制备方法为：(1)将WC、TiC、TaC、NbC和ZrC按比例(30～50)：(5～20)：(1～15)：(15～30)：(10～20)混合，然后加入炭黑粉末，得六元混合物粉末，其中，所述炭黑粉末占五元混合物粉末总重量的5～12％；(2)将六元混合物粉末压制成直径为55～65mm，高度为45～55mm的料坯；(3)将料坯放入石墨舟皿内，在1600～1800℃、H2气氛条件下碳化还原，得固溶体粉末；(4)将固溶体粉末于真空环境中，-0.03～-0.05MPa、1800～2000℃条件下真空碳化提纯2～4h，得六元硬质合金用固溶体。本专利技术的有益效果1、相比现有技术添加各种不同的粉末碳化物合金添加剂，本专利技术所提供的硬质合金，其中含有所需合金元素的固溶体，避免了分别添加不同碳化物时会产生的误差以及各种不同添加剂可能带入的杂质，提高了硬质合金的性能；2、本专利技术硬质合金所用的固溶体中，采用价格相对低廉的WC、TiC、NbC和ZrC部分替代TaC，解决了现有技术中，大量添加TaC价格高的问题；3、本专利技术提供的硬质合金力学性能优于现有技术的WC-Co合金。具体实施方式以下是本专利技术的具体实施例，并结合实施例对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。实施例1本例提供了三种硬质合金固溶体(W，Ti，Ta，Nb，Zr)C，编号分别为1～3，具体配比如表1所示。表1本专利技术实施例1的三种硬质合金固溶体成分表固溶体成分/编号123WC/％305050TiC/％20520TaC/％15151NbC/％302519ZrC/％5510本例还提供了固溶体的制备方法，具体为：(1)将WC、TiC、TaC、NbC和ZrC按表1中的比例混合，然后加入炭黑粉末，得六元混合物粉末，其中，所述炭黑粉末占五元混合物粉末总重量的5～12％；(2)将六元混合物粉末压制成直径为55～65mm，高度为45～55mm的料坯；(3)将料坯放入石墨舟皿内，在1600～1800℃、H2气氛条件下碳化还原，得固溶体粉末；(4)将固溶体粉末于真空环境中，-0.03本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硬质合金，其特征在于，所述硬质合金包括以下质量百分比计的组分：硬质相 60～80％，粘结相 6～15％，余量为硬质合金固溶体，所述硬质合金固溶体为六元固溶体(W，Ti，Ta，Nb，Zr)C。

【技术特征摘要】
1.一种硬质合金，其特征在于，所述硬质合金包括以下质量百分比计的组分：硬质相60～80％，粘结相6～15％，余量为硬质合金固溶体，所述硬质合金固溶体为六元固溶体(W，Ti，Ta，Nb，Zr)C。2.根据权利要求1所述的硬质合金，其特征在于，所述硬质相为WC粉，所述粘结相为Co粉。3.根据权利要求2所述的硬质合金，其特征在于，所述WC粉的粒度为1～3μm，所述Co粉的粒度为0.8～1.2μm。4.根据权利要求1所述的硬质合金，其特征在于，所述(W，Ti，Ta，Nb，Zr)C中ZrC与NbC的质量比为(1:3)～(1:2)。5.根据权利要求1所述的硬质合金，其特征在于，所述六元固溶体包括以下质量百分比计的组分：WC30～50％，TiC5～20％，TaC1～15％，NbC15～30％，ZrC10～...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭伟，
申请(专利权)人：长沙众鑫达工具有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43