【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及硬质合金材料，具体涉及一种界面强化的采掘用硬质合金材料及其制备方法。
技术介绍
1、硬质合金是由一种或多种高硬度、高模量的碳化物与过渡族金属或合金（如fe、co、ni等）组成的复合材料，硬质合金材料具有高硬度、高强韧、高耐磨性等特点，在工业领域得到广泛应用。
2、目前，应用于采掘装备的硬质合金材料用量大，wc（碳化钨）占材料比例超过80%，而w（钨）是一种战略资源，现有储备钨不久将消耗殆尽。除了提高钨矿的产出率，废硬质合金的回收是钨资源的有效补充途径。利用回收硬质合金生产wc，不仅成本大幅降低，还可以缩减冶炼环节，减少co2排放，符合发展循环生态经济的要求。
3、但回收废合金制备的wc，具有氧、碳等杂质含量高，且其晶格结构遭受到破坏，晶体结构产生错位或缺失，影响产品微观结构从而造成产品质量不易控制等致命缺点。要大量应用回收wc，必须要在杂质控制及产品微观结构优化上有独特创新。此外，用ticn替代wc也是一种途径。但ticn脆性高，强度低，目前还未广泛应用于采掘工具。若采用ticn替代部分wc，必须强化基体。作为采掘工具用的硬质合金，需要达到高硬度和高强韧性的双重优势，但是，在制备过程中发现，增强材料的韧性会导致硬度下降，提高材料的硬度，又会牺牲材料的韧性。因此，如何同时增强合金材料的硬度和强韧性，使其满足采掘应用的性能要求是极为重要的。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供一种界面强化的采掘用硬质合金材料。
2、本专利技术另一目
3、本专利技术目的通过如下技术方案实现：
4、一种界面强化的采掘用硬质合金材料，其特征在于：所述硬质合金材料是以界面增强相、回收wc和ticn混合经球磨、喷雾干燥制成混合料，最后进行烧结处理制得，其中界面增强相是ni、zr和mo通过真空熔炼和等离子旋转电极制备的固溶体粉末。
5、进一步，按照质量百分数计，界面增强相为6~15wt %、回收wc为60~70wt %，ticn为15~25wt %，所述固溶体粉末中ni、zr和mo的质量比为8~10:2~4:2~4。
6、进一步，所述真空熔炼是将ni、zr和mo的单质金属块体（金属纯度大于99%）加入真空感应熔炼炉进行熔炼，熔炼炉真空度0.005-0.05pa，熔炼温度1400~1500℃，金属融化后搅拌使成分均匀，然后进入精炼2~5min，获得铸锭，经加工获得尺寸范围0-90×300-500mm的合金棒。
7、进一步，所述等离子旋转电极制备的雾化工作电流1500-2000a，进给速度为1-3mm/s，等离子枪形成的等离子弧长为 60~90mm，主弧电流范围为1500-2000a，维弧电流为280-350 a，主轴转速为6000-13000 rpm。
8、进一步，所述球磨是将固溶体粉末，回收wc粉和ticn混合，放入行星球磨机中，加入wc球，球料比为5~10：1，按照0.1~0.2l/kg加入无水乙醇，然后进行行星球磨，转速为100-200rpm，球磨时间为48-60 h。
9、进一步，所述烧结处理分为两段烧结，第一阶段烧结是在8~10min升至600℃，保温5~8min，然后在3~5min内升至1050℃，此阶段仪器对模具压力由6kn缓慢升至9.5kn，第二阶段烧结是用1~2min升至1100℃，之后再用2~3min升至1200℃，最后在1200℃保温8~10min，此阶段仪器对模具压力由9.5kn分阶段升至15.7kn。
10、一种界面强化的采掘用硬质合金材料的制备方法，其特征在于：是以ni、zr和mo通过真空熔炼和等离子旋转电极制备固溶体粉末，将固溶体粉末、回收wc、ticn混合经球磨、喷雾干燥制成混合料，最后进行烧结处理，所述固溶体粉末中ni、zr和mo的质量比为8~10:2~4:2~4。
11、进一步，所述真空熔炼是将ni、zr和mo的单质金属块体（金属纯度大于99%）加入真空感应熔炼炉进行熔炼，熔炼炉真空度0.005-0.05pa，熔炼温度1400~1500℃，金属融化后搅拌使成分均匀，然后进入精炼2~5min，获得铸锭，经加工获得尺寸范围0-90×300-500mm的合金棒。
12、进一步，所述等离子旋转电极制备的雾化工作电流1500-2000a，进给速度为1-3mm/s，等离子枪形成的等离子弧长为 60~90mm，主弧电流范围为1500-2000a，维弧电流为280-350 a，主轴转速为6000-13000 rpm。
13、所制得的粉末的平均粒径控制在0.8-2.0 μm范围之内。
14、进一步，按照质量占比所述固溶体粉末为6~15wt %、回收wc为60~70wt %，ticn为15~25wt %。
15、硬质合金在采掘作业时环境恶劣，设备会与岩石等发生碰撞，产生高温、磨损，且采掘尝尝面临酸、碱等复杂环境，因此要求合金具有高硬度和耐腐蚀性 ，基于该性能要求的考量，在制备合金材料时采用了具有高温红硬性和耐腐蚀性的ni代替co作为粘结相，且ni的价格较co更有优势。但是采用ni作为粘结相时面临的技术问题是，相较于co，ni和wc合金之间的润湿性较差，且由于wc是采用回收的wc，其界面较为紊乱，且晶型结构不完整，缺陷多，这进一步降低了ni和wc界面润湿性。
16、本专利技术中通过采用真空熔炼后，进行等离子旋转烧结，通过等离子旋转电极产生的离心力将液膜甩出形成液滴，随后在惰性气体氛围中雾化形成球形的ni-mo-zr的固溶体粉末，在该过程中，球形具有高表面能，而面心立方结构的ni所需自由能高，ni在该过程中通过高自由能转化成了100%的面心立方结构（fcc-ni），抑制其转化形成六方结构。面心立方结构的ni由于具有更多的滑移系可显著提高基体的强韧性，能有效改善合金材料的强韧性。此外，通过生成fcc-ni的过程中，fcc-ni与zr、mo按照特定比例形成固溶体，作为界面强化相加入和wc和ticn组成的合金粉末中，经球磨和烧结处理，固溶体粉末分散在wc和ticn晶粒周围，fcc-ni作为强化相，mo和zr通过提高界面润湿性和增强基体两方面，促进了fcc-ni相界面形成非共格到共格的连续过度状态，减少了界面位错的塞积，mo、zr和fcc-ni协同作用，达到了弥散强化和净化晶界的目的，从而是的合金材料的硬度和强韧性均得到了显著的提高。
17、进一步，所述球磨是将固溶体粉末，回收wc粉和ticn混合，放入行星球磨机中，加入wc球，球料比为5~10：1，按照0.1~0.2l/kg加入无水乙醇，然后进行行星球磨，转速为100-200rpm，球磨时间为48-60 h。
18、进一步，所述烧结处理分为两段烧结，第一阶段烧结是在8~10min升至600℃，保温5~8min，然后在3~5min内升至1050℃，此阶段仪器对模具压力由6kn缓慢升至9.5kn，第二阶段烧结是用1~本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种界面强化的采掘用硬质合金材料，其特征在于：所述硬质合金材料是以界面增强相、回收WC和TiCN混合经球磨、喷雾干燥制成混合料，最后进行烧结处理制得，其中界面增强相是Ni、Zr和Mo通过真空熔炼和等离子旋转电极制备的固溶体粉末。
2.如权利要求1所述的一种界面强化的采掘用硬质合金材料，其特征在于：按照质量百分数计，界面增强相为6~15wt %、回收WC为60~70wt %，TiCN为15~25wt %，所述固溶体粉末中Ni、Zr和Mo的质量比为8~10:2~4:2~4。
3.如权利要求1或2所述的一种界面强化的采掘用硬质合金材料，其特征在于：所述等离子旋转电极制备的雾化工作电流1500-2000A，进给速度为1-3mm/s，等离子枪形成的等离子弧长为 60~90mm，主弧电流范围为1500-2000A，维弧电流为280-350 A，主轴转速为6000-13000 rpm。
4.一种界面强化的采掘用硬质合金材料的制备方法，其特征在于：是以Ni、Zr和Mo通过真空熔炼和等离子旋转电极制备固溶体粉末，将固溶体粉末、回收WC、TiCN混合经球磨、喷
5.如权利要求4所述的一种界面强化的采掘用硬质合金材料的制备方法，其特征在于：所述真空熔炼是将Ni、Zr和Mo的单质金属块体（金属纯度大于99%）加入真空感应熔炼炉进行熔炼，熔炼炉真空度0.005-0.05Pa，熔炼温度1400~1500℃，金属融化后搅拌使成分均匀，然后进入精炼2~5min，获得铸锭，经加工获得尺寸范围0-90×300-500mm的合金棒。
6.如权利要求4或5所述的一种界面强化的采掘用硬质合金材料的制备方法，其特征在于：所述等离子旋转电极制备的雾化工作电流1500-2000A，进给速度为1-3mm/s，等离子枪形成的等离子弧长为 60~90mm，主弧电流范围为1500-2000A，维弧电流为280-350 A，主轴转速为6000-13000 rpm。
7.如权利要求4-6任一项所述的一种界面强化的采掘用硬质合金材料的制备方法，其特征在于：按照质量占比所述固溶体粉末为6~15wt %、回收WC为60~70wt %，TiCN为15~25wt%。
8.如权利要求7所述的一种界面强化的采掘用硬质合金材料的制备方法，其特征在于：所述球磨是将固溶体粉末，回收WC粉和TiCN混合，放入行星球磨机中，加入WC球，球料比为5~10：1，按照0.1~0.2L/kg加入无水乙醇，然后进行行星球磨，转速为100-200rpm，球磨时间为48-60 h。
9.如权利要求8所述的一种界面强化的采掘用硬质合金材料的制备方法，其特征在于：所述烧结处理分为两段烧结，第一阶段烧结是在8~10min升至600℃，保温5~8min，然后在3~5min内升至1050℃，此阶段仪器对模具压力由6KN缓慢升至9.5KN，第二阶段烧结是用1~2min升至1100℃，之后再用2~3min升至1200℃，最后在1200℃保温8~10min，此阶段仪器对模具压力由9.5KN分阶段升至15.7KN。
10.一种界面强化的采掘用硬质合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种界面强化的采掘用硬质合金材料，其特征在于：所述硬质合金材料是以界面增强相、回收wc和ticn混合经球磨、喷雾干燥制成混合料，最后进行烧结处理制得，其中界面增强相是ni、zr和mo通过真空熔炼和等离子旋转电极制备的固溶体粉末。
2.如权利要求1所述的一种界面强化的采掘用硬质合金材料，其特征在于：按照质量百分数计，界面增强相为6~15wt %、回收wc为60~70wt %，ticn为15~25wt %，所述固溶体粉末中ni、zr和mo的质量比为8~10:2~4:2~4。
3.如权利要求1或2所述的一种界面强化的采掘用硬质合金材料，其特征在于：所述等离子旋转电极制备的雾化工作电流1500-2000a，进给速度为1-3mm/s，等离子枪形成的等离子弧长为 60~90mm，主弧电流范围为1500-2000a，维弧电流为280-350 a，主轴转速为6000-13000 rpm。
4.一种界面强化的采掘用硬质合金材料的制备方法，其特征在于：是以ni、zr和mo通过真空熔炼和等离子旋转电极制备固溶体粉末，将固溶体粉末、回收wc、ticn混合经球磨、喷雾干燥制成混合料，最后进行烧结处理，所述固溶体粉末中ni、zr和mo的质量比为8~10:2~4:2~4。
5.如权利要求4所述的一种界面强化的采掘用硬质合金材料的制备方法，其特征在于：所述真空熔炼是将ni、zr和mo的单质金属块体（金属纯度大于99%）加入真空感应熔炼炉进行熔炼，熔炼炉真空度0.005-0.05pa，熔炼温度1400~1500℃，金属融化后搅拌使成分均匀，然后进入精炼2~5min，获得铸锭，经加...
【专利技术属性】
技术研发人员：何苗锦，李婕，邓莹，郭朝中，吴翔，熊婉，沈堃，阎冬全，姜中涛，张腾航，李建平，姚昕辰，
申请(专利权)人：重庆文理学院，
类型：发明
国别省市：
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