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2022
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一种梯度硬质合金及其制备方法与流程
作者:
鑫京瑞
本发明属于粉末冶金硬质合金生产技术创新发明,即可产业化,又能产生可观的经济效益。
本发明属于粉末冶金硬质合金生产技术创新发明,即可产业化,又能产生可观的经济效益。
背景技术: 硬质合金是以高硬度难容金属碳化物粉末为硬质相,以co、ni等金属为粘接相,通过传统的粉末冶金方法制备而成的复合材料,硬质合金具有耐磨性、强度、韧性等综合性能强的特点,被广泛应用于切削工具、石油钻采、耐磨零件等领域。随着现在科学技术的发展,市场终端用户对硬质合金的使用成本、效率方面要求越来越高,传统的硬质合金难以满足同时高硬度、高韧性的要求,在硬质合金材料中,硬度和韧性是一对矛盾体,提高硬度的同时,就要降低韧性为前提,所以很多专家很早就提出了,既要提高硬度又要提高韧性的梯度材料,梯度硬质合金研究较多的是成分梯度,即粘接金属co、ni在产品中从外至里呈递增分布。 目前梯度硬质合金制备方法有好多专利报道,包括瑞典山特和美国犹他大学的渗碳法、分层压制成型法、熔体浸渗法。渗碳法主要控制碳在合金内部溶度不同,从而形成钴分布不同,此工艺复杂,很难控制,不易形成工业化生产;分层压制法,容易均质化,很难形成梯度,且合金容易变形;熔体浸渗法需要在高温下,将合金浸入熔体,能耗高且不易控制梯度,目前的这些梯度合金制备方法,都是工艺复杂,难于掌控,很难形成工业化生产。
技术实现要素: : 本发明的目的在于提供一种简单可行﹑容易控制﹑可形成工业化的梯度硬质合金及其制备方法。 为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案: 一种梯度硬质合金的制备方法,包括以下步骤: (1)向碳化钨和钴粉中加入少量锌粉,配成钴含量为8%,锌含量大于0小于5%,总碳为5.3-5.8%的混合料,经湿磨混合,喷雾干燥制粒; (2)在700-950℃预烧使得co从内向外呈梯度分布,然后快速降温得到固相合金,保持co的梯度分布状态; (3)将步骤(2)得到的固相合金真空高温烧结,去除锌,冷却后得到梯度硬质合金。
具体地,步骤(1)中选取费氏粒度为1.0-4.0μm碳化钨,1.0-3.0μm钴粉,1.0-5.0μm锌粉。 进一步地,向混合料中加入合金圆柱体、湿磨介质和成型剂,在球料比为1-5:1,液料比为0.2-0.4l/kg的条件下,湿磨混合6-40h。优选地,湿磨介质为无水酒精,成型剂为56号石蜡。 进一步地,喷雾干燥制粒得到的颗粒粒度为60-150μm。 具体地,步骤(2)首先将喷雾颗粒压制成球齿产品,然后放入低压烧结炉烧结,预烧温度为700-950℃,加压1-6mpa,保温时间30-180min,氩气流量10—15升/min,断电,极冷至常温。 步骤(3)中将冷却后的固相合金真空烧结,升温至900-1200℃,保温30-100min,升温至1370-1430℃,保温30-100min,加压6-10mpa,断电,随炉冷却至常温。 上述方法制备的硬质合金,钴含量从外向内递增分布。 本发明采用少量活化剂锌粉作为载体,加入到碳化钨和钴粉中,混合均匀,高温下部分进行锌熔法,在zn粉与co粉接触界面,zn粉和少量co粉形成包裹co粉的co-zn液体合金,在表面张力的作用下,co粉向内移动,从外向内逐渐增加。活化剂的作用在于烧结温度达到活化剂和钴粉的共晶温度时,开始出现液相,活化剂液相湿润钴固相,液相依靠毛细管压力向钴颗粒表面移动,钴颗粒表面有薄薄的一层液相,它像润滑剂一样,使钴粉颗粒之间及钴粉与碳化钨颗粒之间的摩擦阻力急剧下降,由于表面张力的作用,液体力图降低气液表面自由能,使钴粉颗粒向更加紧密方向移动,改变了原来均匀分布结构,钴产生向中间收缩,而碳化钨颗粒不动,从而导致钴分布从外至里出现递增结果(反应在产品检测性能上:中心硬度低,边缘硬度高,钴含量从外之里呈递增分布),最后除去活化剂,本发明利用这种机理来制备梯度硬质合金,工艺操作简单,容易控制,可实现工业化生产,制备的硬质合金性能好。 说明书附图 图1是实施例1制备的梯度硬质合金的能谱图。 图2是对比例1制备的硬质合金的能谱图。 图3是实施例2制备的梯度硬质合金的能谱图。
具体实施方式 下面通过具体实施例和附图对本发明做进一步说明:
实施例1: 一种梯度硬质合金的制备方法,
具体包括以下步骤:
(1)选取费氏粒度为3.2μm,总碳为6.11%的碳化钨272.4kg,费氏粒度为1.2μm的钴粉24kg,费氏粒度为1.8μm的锌粉3.6kg,构成钴含量为8%,锌含量为1.2%,总碳为5.548%的混合料。
(2)将步骤(1)混合料放入300升可倾式湿磨机,加入1.2吨合金研磨棒,90升无水酒精,6.6kg56号石蜡,湿磨32小时,得到湿磨浆料。
(3)卸出上述料浆,喷雾干燥制粒,制成粒径为80-150μm的颗粒。
(4)将上述颗粒压制成球齿产品,用低压炉脱蜡预烧,氩气流量10l/min,预烧温度900℃(锌钴共晶温度),保温60min,加压2mpa,断电,打开炉内风扇极冷至常温,保持梯度分布的完整性。
(5)再将上述产品真空烧结,升温至1
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