本发明专利技术公开了一种超强超硬高断裂韧性的硬质合金及其制备方法，超强超硬高断裂韧性的硬质合金，按照原子百分比计包括下述组分，W 5～10％，Ta3～10％，Nb 8～10％，Zr 8～10％，Ti 8～20％，C 35～50％，Co 6～20％；且W、Ta、Nb、Zr、Ti的原子百分含量之和≤60％且≥30％。本发明专利技术制备的硬质合金包含多组元碳化物基体，Co粘结相，以及少量氧化锆相等，使得该硬质合金兼具高硬度，高强度和高断裂韧性，可作为高性能硬质合金应用于金属切削、模具、航空涂料和矿山工具等领域。矿山工具等领域。矿山工具等领域。
【技术实现步骤摘要】
一种超强超硬高断裂韧性的硬质合金及其制备方法
[0001]本专利技术属于金属陶瓷材料
，具体涉及到一种超强超硬高断裂韧性的硬质合金及其制备方法。
技术介绍
[0002]硬质合金具有高硬度、高强度、高断裂韧性和耐磨性等优异性能，而被广泛应用于金属切削、模具、耐磨零件、航空涂料和矿山工具等领域。这得益于陶瓷相的高硬度和弹性模量，与高延性高韧性金属的最佳复合，WC
‑
Co硬质合金是最成功的复合材料之一。但传统WC
‑
Co硬质合金中固有的粗大WC晶粒组织及其本征脆性等因素往往限制了对性能有要求更高的应用领域。近年来，为进一步提高硬质合金的力学性能，研究人员在制备工艺等方面做了诸多尝试，如以少量硬质相(如TaC,VC及Cr3C2等)掺杂改善硬质合金的烧结性能，或以强抗腐蚀及抗氧化能力的金属间化合物如(Ni3Al,TiAl3等)代替传统粘结剂Co，以提升高温抗腐蚀性能，但往往都以牺牲韧性为代价。因此，寻找可替换的硬质相和粘结剂材料，将成为克服下一代硬质合金挑战的驱动力。
[0003]传统WC
‑
Co硬质合金通常将过渡金属碳化物作为微观组织结构和性能调控添加剂(<1％质量比)。如利用Ta、Nb在WC中的高固溶度，添加TaC、NbC可提高合金的红硬性及抗热冲击性能，添加VC、Cr3C2、Mo2C等通过界面偏析有效抑制WC晶粒生长，TiC可抑制硬质合金作为切削刀具与被加工件之间的扩散行为等。因此合金添加剂的界面偏析行为、固溶行为等与合金性能密切相关。含四种及以上等摩尔比过渡金属碳化物的多组元高熵碳化物(HEC)作为硬质相有望充分发挥出协同增强效应。高硬度、高热稳定性的新型高熵碳化物(HfTaTiNbV)C和(TaTiNbVW)C作为硬质相的硬质合金于2021年被首次报导[J.Potschke,M.Dahal,A.Vornberger,M.Herrmann,A.Michaelis,Metals,11(2021)271]。虽然该种致密的新型硬质合金被成功制备，但其组织内部形成的脆性氧化物和多组元高熵碳化物基体的相分离，使其显微硬度和断裂韧性仍然无法比肩传统WC
‑
Co硬质合金。因此，开发具备高强度、高硬度和高韧性的硬质合金依然面临着技术问题。
技术实现思路
[0004]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0005]鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本专利技术。
[0006]本专利技术的其中一个目的是提供一种超强超硬高断裂韧性的硬质合金，解决现有硬质合金强韧性不足的技术问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种超强超硬高断裂韧性的硬质合金，按照原子百分比计包括下述组分，W 5～10％，Ta 3～10％，Nb 8～10％，Zr 8～10％，Ti 8～20％，C 35～50％，Co 6～20％；且W、Ta、Nb、Zr、Ti的原子百分含量之和≤60％
且≥30％；
[0008]所述硬质合金具有如下特性之一：
[0009](i)质量密度为7.954～9.677g
·
cm
‑3；
[0010](ii)室温下抗压强度为2000～5000MPa；
[0011](iii)维氏硬度为1500～2300；
[0012](iv)断裂韧性为5.8～10.0MPa
·
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。
[0013]作为本专利技术超强超硬高断裂韧性的硬质合金的一种优选方案，其中：所述W、Ta、Nb、Zr、Ti与C构成多组元碳化物基体，所述Co构成粘结相，所述Co以12wt.％的质量百分比的量存在。
[0014]作为本专利技术超强超硬高断裂韧性的硬质合金的一种优选方案，其中：所述W、Ta、Nb、Zr、Ti元素的摩尔比为等摩尔比或接近等摩尔比。
[0015]作为本专利技术超强超硬高断裂韧性的硬质合金的一种优选方案，其中：所述W、Ta、Nb、Zr、Ti元素的摩尔量之和等于碳的摩尔量。
[0016]本专利技术的另一个目的是提供如上述所述的超强超硬高断裂韧性的硬质合金的制备方法，包括，
[0017]按权利要求1所述的合金除Co外的各组分原子配比配取各组分，在真空或惰性气体保护条件下一次球磨，筛粉后与Co粉按比例混合，在真空或惰性气体保护条件下二次球磨，筛粉后在模具中压实制坯，在真空或惰性气体保护条件下烧结，得到硬质合金块体材料。
[0018]作为本专利技术超强超硬高断裂韧性的硬质合金的制备方法的一种优选方案，其中：所述一次球磨和二次球磨，球料比为5～10：1，球磨机转速为每分钟100～600转。
[0019]作为本专利技术超强超硬高断裂韧性的硬质合金的制备方法的一种优选方案，其中：所述一次球磨，球磨时间为10～110小时。
[0020]作为本专利技术超强超硬高断裂韧性的硬质合金的制备方法的一种优选方案，其中：所述二次球磨，球磨时间为6～10小时。
[0021]作为本专利技术超强超硬高断裂韧性的硬质合金的制备方法的一种优选方案，其中：所述烧结，采用热压烧结、气压烧结或放电等离子体烧结。
[0022]作为本专利技术超强超硬高断裂韧性的硬质合金的制备方法的一种优选方案，其中：所述烧结，烧结温度为1200～1600℃，烧结时间为5～40分钟，烧结压力为1～60兆帕，烧结过程在真空或惰性气体保护条件下进行。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0024]本专利技术制备的硬质合金包含多组元碳化物基体，Co粘结相，以及少量氧化锆相等。该种硬质合金的质量密度为7.954～9.677g
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cm
‑3，室温下抗压强度为2000～5000MPa，维氏硬度(HV1)为1500～2300，断裂韧性(K
IC
)为5.8～10.0MPa
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；可作为高性能硬质合金应用于金属切削、模具、航空涂料和矿山工具等领域。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，对于本
领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0026]图1是本专利技术实施例1提供的超强超硬高断裂韧性硬质合金材料的XRD谱图。
[0027]图2是本专利技术实施例1提供的超强超硬高断裂韧性硬质合金材料的扫描电镜形貌图及能谱分析结果。
[0028]图3是本专利技术实施例1提供的超强超硬高断裂韧性硬质合金材料的维氏压痕扫描电镜图。
[0029]图4是本专利技术实施例1提供的超本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种超强超硬高断裂韧性的硬质合金，其特征在于：按照原子百分比计包括下述组分，W 5～10％，Ta 3～10％，Nb 8～10％，Zr 8～10％，Ti 8～20％，C 35～50％，Co 6～20％；且W、Ta、Nb、Zr、Ti的原子百分含量之和≤60％且≥30％；所述硬质合金具有如下特性之一：(i)质量密度为7.954～9.677g
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‑3；(ii)室温下抗压强度为2000～5000MPa；(iii)维氏硬度为1500～2300；(iv)断裂韧性为5.8～10.0MPa
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。2.如权利要求1所述的超强超硬高断裂韧性的硬质合金，其特征在于：所述W、Ta、Nb、Zr、Ti与C构成多组元碳化物基体，所述Co构成粘结相，所述Co以12wt.％的质量百分比的量存在。3.如权利要求2所述的超强超硬高断裂韧性的硬质合金，其特征在于：所述W、Ta、Nb、Zr、Ti元素的摩尔比为等摩尔比或接近等摩尔比。4.如权利要求2或3所述的超强超硬高断裂韧性的硬质合金，其特征在于：所述W、Ta、Nb、Zr、Ti元素的摩尔量之和等于碳的摩尔量。5.如权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：李志明，胡娇娇，甘科夫，严定舜，张勇，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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