周期韧层与纯硬相强韧化硬质合金材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种周期韧层与纯硬相强韧化硬质合金材料的制备方法，先均化处理碳氮化钛粉、氮化铝粉、硼化锆粉，用高能粒子流对混合粉进行喷射扩散，扩散得到的复合粉末与铝化三镍金属箔片、钴金属箔片交替层叠后压制成形，最后将成形坯体在惰性气氛下烧结、微氧化气氛下冷却，最终得到周期韧层与纯硬相强韧化硬质合金材料。此方法具有成分控制精度高，工艺稳定性和重复性较强，可实现硬质合金材料的强韧化和长寿命。

Preparation of Periodic Ductile Layer and Pure Hard Phase Reinforced and Toughened Cemented Carbide Materials

The invention discloses a preparation method of periodic toughening layer and pure hard phase toughening cemented carbide material, which first homogenizes titanium carbide powder, aluminium nitride powder and zirconium boride powder, sprays and diffuses the mixed powder by high energy particle flow, and then laminates the diffused composite powder alternately with nickel aluminide foil and cobalt foil, and finally compacts the formed blank in inert atmosphere. After sintering and cooling in micro-oxidation atmosphere, the periodic toughening layer and pure hard phase toughening cemented carbide were obtained. This method has high precision of composition control, strong process stability and repeatability, and can realize the toughening and long life of cemented carbide materials.

【技术实现步骤摘要】
周期韧层与纯硬相强韧化硬质合金材料的制备方法
本专利技术涉及超硬工具制备
，特别涉及一种周期韧层与纯硬相强韧化硬质合金材料的制备方法。
技术介绍
硬质合金材料的脆性是制约其加工精度和寿命的关键因素之一。单纯的改变硬质合金组分、烧制工艺、粉末预处理等方法对解决其脆性的贡献有限。因此，寻找一种新方法，协调硬质合金材料脆韧性矛盾，提高其加工性能至关重要。通过周期层状结构设计、硬质相组分调控、烧制工艺优化，充分发挥硬质相耐磨及金属层的韧性优势，是解决硬质合金脆性的关键手段。
技术实现思路
本专利技术是针对常见手段难以解决硬质合金脆性问题的研发领域现状，提供一种周期韧层与纯硬相强韧化硬质合金材料的制备方法。为达到以上目的，本专利技术是采取如下技术方案予以实现的：一种周期韧层与纯硬相强韧化硬质合金材料的制备方法，包括以下步骤：1)按质量百分比称取碳氮化钛粉、氮化铝粉、硼化锆粉，均化处理后，置于高能粒子流喷射设备中进行扩散处理，制得复合纯硬粉末；2)将铝化三镍金属箔片、钴金属箔片和复合纯硬粉末在微动层叠机中交替层叠，再将层叠体放在钢模中压制成形；3)将成形层叠体先在惰性气氛下烧结，保温结束再更换为微氧化气氛，最后得到周期韧层与纯硬相强韧化硬质合金材料。作为本专利技术的进一步改进，步骤1)中，碳氮化钛粉、氮化铝粉、硼化锆粉的质量百分比为(78.6～82.4)：(15.1～18.4)：(2.1～3.2)，均化处理采用低速点磨设备，转速80～110转/min，扩散处理电流3100～3700A，时间24～55min。作为本专利技术的进一步改进，步骤2)中，交替层叠顺序为铝化三镍金属箔片—复合纯硬粉末—钴金属箔片—复合纯硬粉末—铝化三镍金属箔片—…，复合纯硬粉末层厚度0.1～0.4mm，层叠体成形设备为双轴微动重压仪，加载速度0.06～0.14mm/min，成形压力198MPa。作为本专利技术的进一步改进，步骤3)中，惰性烧结气氛为氮氩混合气，分压体积比(16.2～19.3)：(80.7～83.8)，微氧化气氛为氩氧混合气，分压体积比(97.0～98.8)：(1.2～3.0)。作为本专利技术的进一步改进，制得的硬质合金材料具有周期层状结构，材料的冲击韧性大于等于28.5J·cm2，显微硬度大于等于6900MPa，弯曲强度大于等于1880MPa，高温(1000℃)抗压强度大于等于3650MPa。与现有技术相比，本专利技术具有以下特点和优势：本专利技术先均化处理碳氮化钛粉、氮化铝粉、硼化锆粉，用高能粒子流对混合粉进行喷射扩散，扩散得到的复合粉末与铝化三镍金属箔片、钴金属箔片交替层叠后压制成形，最后将成形坯体在惰性气氛下烧结、微氧化气氛下冷却；其中碳氮化钛粉、氮化铝粉、硼化锆粉作为超硬耐磨组分，铝化三镍金属箔片、钴金属箔片作为强韧性骨架，两种组分交替层叠保证周期层结构的顺利形成，高能粒子流喷射扩散处理可实现粉末组分充分合金化。微氧化气氛冷却可促进层叠界面处形成金属氧化物薄层，减小界面应力，有利于烧结合金化。本专利技术制备的硬质合金材料具有周期层状结构，材料的冲击韧性大于等于28.5J·cm2，显微硬度大于等于6900MPa，弯曲强度大于等于1880MPa，高温(1000℃)抗压强度大于等于3650MPa。进一步，在制备硬质合金材料过程中，本专利技术为解决已有改变硬质合金组分、烧制工艺、粉末预处理等难以有效破解脆性的问题，而是采用一种周期层状结构设计、硬质相组分调控、烧制工艺优化，研究叠层厚度、复合硬质粉末组分、烧结工艺和硬质合金强韧性、高温力学性能的关系，即：对于周期韧层与纯硬相强韧化硬质合金材料，保持较高强韧性和高温力学性能的最佳叠层厚度、复合硬质粉末组分、烧结工艺。此方法具有成分控制精度高，工艺稳定性和重复性较强，可实现硬质合金材料的强韧化和长寿命。具体实施方式本专利技术一种周期韧层与纯硬相强韧化硬质合金材料的制备方法，包括下述步骤：(1)按质量百分比(78.6～82.4)：(15.1～18.4)：(2.1～3.2)称取碳氮化钛粉、氮化铝粉、硼化锆粉，采用低速点磨设备，在转速80～110转/min条件下均化处理后，置于高能粒子流喷射设备中进行扩散处理，扩散处理电流3100～3700A，时间24～55min，制得复合纯硬粉末；(2)将铝化三镍金属箔片、钴金属箔片和复合纯硬粉末在微动层叠机中交替层叠，交替层叠顺序为铝化三镍金属箔片—复合纯硬粉末—钴金属箔片—复合纯硬粉末—铝化三镍金属箔片—…，复合纯硬粉末层厚度0.1～0.4mm，层叠体成形设备为双轴微动重压仪，加载速度0.06～0.14mm/min，再将层叠体放在钢模中198MPa下压制成形；(3)将成形层叠体先在惰性气氛下烧结，惰性烧结气氛为氮氩混合气，分压体积比(16.2～19.3)：(80.7～83.8)，保温结束再更换为微氧化气氛，微氧化气氛为氩氧混合气，分压体积比(97.0～98.8)：(1.2～3.0)，最后得到周期韧层与纯硬相强韧化硬质合金材料。以下实施例制备的金硬质合金材料的韧性和高温性能如表1所示。实施例1(1)按质量百分比78.6：18.4：3称取碳氮化钛粉、氮化铝粉、硼化锆粉，采用低速点磨设备，在转速110转/min条件下均化处理后，置于高能粒子流喷射设备中进行扩散处理，扩散处理电流3700A，时间55min，制得复合纯硬粉末；(2)将铝化三镍金属箔片、钴金属箔片和复合纯硬粉末在微动层叠机中交替层叠，交替层叠顺序为铝化三镍金属箔片—复合纯硬粉末—钴金属箔片—复合纯硬粉末—铝化三镍金属箔片—…，复合纯硬粉末层厚度0.4mm，层叠体成形设备为双轴微动重压仪，加载速度0.14mm/min，再将层叠体放在钢模中198MPa下压制成形；(3)将成形层叠体先在惰性气氛下烧结，惰性烧结气氛为氮氩混合气，分压体积比19.3：80.7，保温结束再更换为微氧化气氛，微氧化气氛为氩氧混合气，分压体积比97.8：2.2，最后得到周期韧层与纯硬相强韧化硬质合金材料。实施例2(1)按质量百分比79.6：17.4：3称取碳氮化钛粉、氮化铝粉、硼化锆粉，采用低速点磨设备，在转速90转/min条件下均化处理后，置于高能粒子流喷射设备中进行扩散处理，扩散处理电流3500A，时间25min，制得复合纯硬粉末；(2)将铝化三镍金属箔片、钴金属箔片和复合纯硬粉末在微动层叠机中交替层叠，交替层叠顺序为铝化三镍金属箔片—复合纯硬粉末—钴金属箔片—复合纯硬粉末—铝化三镍金属箔片—…，复合纯硬粉末层厚度0.2mm，层叠体成形设备为双轴微动重压仪，加载速度0.08mm/min，再将层叠体放在钢模中198MPa下压制成形；(3)将成形层叠体先在惰性气氛下烧结，惰性烧结气氛为氮氩混合气，分压体积比18.4：81.6，保温结束再更换为微氧化气氛，微氧化气氛为氩氧混合气，分压体积比98：2，最后得到周期韧层与纯硬相强韧化硬质合金材料。实施例3(1)按质量百分比80：18：2称取碳氮化钛粉、氮化铝粉、硼化锆粉，采用低速点磨设备，在转速100转/min条件下均化处理后，置于高能粒子流喷射设备中进行扩散处理，扩散处理电流3400A，时间27min，制得复合纯硬粉末；(2)将铝化三镍金属箔片、钴金属箔片和复合纯硬粉末在微动层叠机中交替层叠，交替层叠顺序为铝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种周期韧层与纯硬相强韧化硬质合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)取碳氮化钛粉、氮化铝粉、硼化锆粉，均化处理后，置于高能粒子流喷射设备中进行扩散处理，制得复合纯硬粉末；2)将铝化三镍金属箔片、钴金属箔片和复合纯硬粉末在微动层叠机中交替层叠，再将层叠体放在钢模中压制成形；3)将成形层叠体先在惰性气氛下烧结，保温结束再更换为微氧化气氛，最后得到周期韧层与纯硬相强韧化硬质合金材料。

【技术特征摘要】
1.一种周期韧层与纯硬相强韧化硬质合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)取碳氮化钛粉、氮化铝粉、硼化锆粉，均化处理后，置于高能粒子流喷射设备中进行扩散处理，制得复合纯硬粉末；2)将铝化三镍金属箔片、钴金属箔片和复合纯硬粉末在微动层叠机中交替层叠，再将层叠体放在钢模中压制成形；3)将成形层叠体先在惰性气氛下烧结，保温结束再更换为微氧化气氛，最后得到周期韧层与纯硬相强韧化硬质合金材料。2.如权利要求1所述的周期韧层与纯硬相强韧化硬质合金材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，碳氮化钛粉、氮化铝粉、硼化锆粉的质量百分比为(78.6～82.4)：(15.1～18.4)：(2.1～3.2)。3.如权利要求1所述的周期韧层与纯硬相强韧化硬质合金材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，均化处理采用低速点磨设备，转速80～110转/min，扩散处理电流3100～3700A，时间24～55min。4.如权利要求1所述的周期韧层与纯硬相强韧化硬质合金材料的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：董洪峰，
申请(专利权)人：陕西理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61