本發(fā)明涉及硬質合金材料，具體涉及一種原位碳化物增強粘結相的抗磨蝕硬質合金制備方法。

背景技術：

1、碳化鎢（wc）硬質合金通常由難熔金屬硬質化合物wc和金屬粘結劑鈷（co）燒結而成，具有良好化學穩(wěn)定性、高硬度、耐磨、高抗壓強度、高彈性模量等諸多優(yōu)點，被廣泛用于金屬切削加工刀具、石油鉆井、礦山采掘、國防等領域。在嚴苛工況條件下，硬質合金耐磨性是材料選用的重要因素，比如，在高速加工過程中，低的刀具材料磨損才能保證工件表面的加工質量；在礦藏開采時，低的硬質合金磨蝕量才能保障生產效率。硬質合金耐磨性是其實用化的關鍵性能，受wc晶粒尺寸以及co數(shù)量、強度與形態(tài)影響。硬質合金與巖石對磨時，wc主相發(fā)揮支撐阻磨作用，co先發(fā)生塑性變形，如co量少則對硬質相的粘固作用不足，加之，摩擦過程中接觸面的瞬態(tài)溫度升高會軟化粘結劑，粘固作用進一步受損，wc難以抵御接觸壓力和相對滑動的綜合作用下而從基體中剝落，且隨磨損時間延長而磨粒磨損加?。蝗鏲o量多，則因其自身硬度低而降低合金耐磨性；此外，co抗氧化性和耐蝕性較差，使硬質合金在腐蝕性介質環(huán)境中會加速失效；因此，強化適量co粘結相對于提高硬質合金抗磨蝕性具有重要意義。

2、目前，硬質的碳化物是強化金屬鈷的重要途徑，碳化物的引入方式包括外摻法與原位生成法；其中，使用外摻法時，對于外摻碳化物而言，它與金屬鈷界面結合力不及原位生成碳化物與co的結合力，且因其傾向于和主相wc結合而不易在粘結相區(qū)域彌散分布，這不利于強化粘結相，而該問題在原位生成碳化物的情況中卻能夠得以避免；鑒于此，考慮到nb，ti，mo，w與碳（c）的結合傾向遠大于co與c的結合傾向，以及多元碳化物nbc，tic，moc，wc之間存在的協(xié)同效應，在粘結相區(qū)原位生成和析出彌散的（nb，ti，mo，w）c碳化物將有效提高硬質合金的抗腐蝕性和耐磨性。在制備硬質合金時，粘結相與硬質主相的原料各自備料，后經(jīng)混料與燒結而得制品；這說明在硬質合金的粘結相區(qū)域引入原位生成碳化物在生產實踐中具有可操作性。因此，發(fā)展一種原位碳化物增強粘結相技術生產高品質碳化鎢硬質合金可行且具有重要意義。

技術實現(xiàn)思路

1、鑒于此，本發(fā)明提供了一種原位碳化物增強粘結相的抗磨蝕硬質合金制備方法，該方法中，利用碳(c)與nb、ti、mo、w的結合力對粘結相co強化，提高硬質合金的硬度、抗彎強度、抗腐蝕性和耐磨性。

2、本發(fā)明的技術方案如下：

3、一種原位碳化物增強粘結相的抗磨蝕硬質合金制備方法，該硬質合金的成分為(wc)x(coy((nbztiumovw100-z-u-v)c)100-y)100-x，制備過程如下：

4、（1）按照成分配比，采用機械合金法對co、nb、ti、mo、w和炭黑的混合粉a進行球磨，加入無水乙醇；其中，球磨在抽真空條件下進行，球料質量比為5-15:1，轉速300-400rpm，球磨時間為48-96h，制得平均粒徑尺寸為0.5-2.0μm的coy((nbztiumovw100-z-u-v)c)100-y粉體，即粘結相；

5、（2）按照質量比為6-25:75-94的比例將coy((nbztiumovw100-z-u-v)c)100-y與碳化鎢（wc）的混合粉b在球磨機內混合，混合過程加入無水乙醇，球磨轉速為200-400轉/分鐘，球料質量比2.5-5.5:1，裝球量（研磨球總體積）占球磨機罐體體積40-60%，球磨時間為36-60h，獲得(wc)x(coy((nbztiumovw100-z-u-v)c)100-y)100-x的混合料；

6、（3）向混合料中加入汽油石蠟溶液造粒后，進行成型壓制獲得壓坯，成型壓制中，壓力為100-200mpa；之后，采用油壓機對壓坯進行冷等靜壓壓制，冷等靜壓中，壓力為200-400mpa，獲得應力分布均勻的(wc)x(coy((nbztiumovw100-z-u-v)c)100-y)100-x壓塊；

7、（4）在壓力真空燒結爐內燒結(wc)x(coy((nbztiumovw100-z-u-v)c)100-y)100-x壓塊，燒結溫度為1370-1480℃，燒結時間為1.0-3.0h，制得原位生成mec(me=nb,ti,mo,w)強化粘結相的碳化鎢硬質合金。

8、優(yōu)選的，在步驟（1）中，球磨在硬質合金罐中進行，磨球為硬質合金球；混合粉a與無水乙醇的質量比為1:0.3-0.8。

9、優(yōu)選的，在步驟（1）中，球料質量比為10:1，轉速350rpm，球磨時間為72h。

10、優(yōu)選的，在步驟（2）中，球磨機內的磨球為直徑為5-10mm的硬質合金球；混合粉b與無水乙醇的質量比為1:0.3-0.8。

11、優(yōu)選的，在步驟（2）中，球料質量比4:1，裝球量（研磨球總體積）占球磨機罐體體積50%，球磨時間為45h。

12、優(yōu)選的，在步驟（3）中，汽油石蠟溶液中，汽油和石蠟的質量比為1:8；汽油石蠟溶液與混合料的質量比為2-3:100。

13、優(yōu)選的，在步驟（3）中，成型壓制中的壓力為150mpa，冷等靜壓中的壓力為300mpa。

14、優(yōu)選的，在步驟（4）中，燒結溫度為1400℃，燒結時間為2.0h。

15、優(yōu)選的，在硬質合金?(wc)x(coy((nbztiumovw100-z-u-v)c)100-y)100-x中，x代表wc在(wc)x(coy((nbztiumovw100-z-u-v)c)100-y)100-x合金中的質量比例，y代表co元素在粘結相coy((nbztiumovw100-z-u-v)c)100-y中的質量比例；z、u、v分別代表nb、ti和mo在(nbztiumovw100-z-u-v)c中的摩爾比例，在硬質合金成分中，75.0wt.%≤x≤94.0wt.%，85.0wt.%≤y≤99.5wt.%，0at%≤z≤25.0at%，0at%≤u≤25.0at%，0at%≤v≤25.0at%。

16、相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的有益效果在于：

17、使用本發(fā)明方法制備得到的硬質合金，晶界清晰、微觀組織結構均勻，具有優(yōu)異力學性能，硬度≥88hra，抗彎強度≥2350mpa；同時，利用原位生成碳化物對粘結相co進行強化，提高了硬質合金的抗腐蝕性（自腐蝕電流密度≤2.6?μa/cm2）和耐磨性（磨損率數(shù)量級≤10-7mm3·n-1·m-1），獲得了抗磨蝕合金。

技術特征：

1.一種原位碳化物增強粘結相的抗磨蝕硬質合金制備方法，其特征在于，該硬質合金的成分為(wc)x(coy((nbztiumovw100-z-u-v)c)100-y)100-x，制備過程如下：

2.如權利要求1所述的原位碳化物增強粘結相的抗磨蝕硬質合金制備方法，其特征在于，在步驟（1）中，球磨在硬質合金罐中進行，磨球為硬質合金球；混合粉a與無水乙醇的質量比為1:0.3-0.8。

3.如權利要求1所述的原位碳化物增強粘結相的抗磨蝕硬質合金制備方法，其特征在于，在步驟（1）中，球料質量比為10:1，轉速350rpm，球磨時間為72h。

4.如權利要求1所述的原位碳化物增強粘結相的抗磨蝕硬質合金制備方法，其特征在于，在步驟（2）中，球磨機內的磨球為直徑為5-10mm的硬質合金球；混合粉b與無水乙醇的質量比為1:0.3-0.8。

5.如權利要求1所述的原位碳化物增強粘結相的抗磨蝕硬質合金制備方法，其特征在于，在步驟（2）中，球料質量比4:1，裝球量（研磨球總體積）占球磨機罐體體積50%，球磨時間為45h。

6.如權利要求1所述的原位碳化物增強粘結相的抗磨蝕硬質合金制備方法，其特征在于，在步驟（3）中，汽油石蠟溶液中，汽油和石蠟的質量比為1:8；汽油石蠟溶液與混合料的質量比為2-3:100。

7.如權利要求1所述的原位碳化物增強粘結相的抗磨蝕硬質合金制備方法，其特征在于，在步驟（3）中，成型壓制中的壓力為150mpa，冷等靜壓中的壓力為300mpa。

8.如權利要求1所述的原位碳化物增強粘結相的抗磨蝕硬質合金制備方法，其特征在于，在步驟（4）中，燒結溫度為1400℃，燒結時間為2.0h。

9.?使用如權利要求1所述的原位碳化物增強粘結相的抗磨蝕硬質合金制備方法制備得到的硬質合金?(wc)x(coy((nbztiumovw100-z-u-v)c)100-y)100-x，其特征在于，在硬質合金(wc)x(coy((nbztiumovw100-z-u-v)c)100-y)100-x中，x代表wc在(wc)x(coy((nbztiumovw100-z-u-v)c)100-y)100-x合金中的質量比例，y代表co元素在粘結相coy((nbztiumovw100-z-u-v)c)100-y中的質量比例；z、u、v分別代表nb、ti和mo在(nbztiumovw100-z-u-v)c中的摩爾比例，在硬質合金成分中，75.0wt.%≤x≤94.0wt.%，85.0wt.%≤y≤99.5wt.%，0at%≤z≤25.0at%，0at%≤u≤25.0at%，0at%≤v≤25.0at%。

技術總結
本發(fā)明提供了一種原位碳化物增強粘結相的抗磨蝕硬質合金制備方法，包括制備粘結相、制備(WC)<subgt;x</subgt;(Co<subgt;y</subgt;((Nb<subgt;z</subgt;Ti<subgt;u</subgt;Mo<subgt;v</subgt;W<subgt;100?z?u?v</subgt;)C)<subgt;100?y</subgt;)<subgt;100?x</subgt;的混合料、制備應力分布均勻的(WC)<subgt;x</subgt;(Co<subgt;y</subgt;((Nb<subgt;z</subgt;Ti<subgt;u</subgt;Mo<subgt;v</subgt;W<subgt;100?z?u?v</subgt;)C)<subgt;100?y</subgt;)<subgt;100?x</subgt;壓塊；在壓力真空燒結爐內燒結(WC)<subgt;x</subgt;(Co<subgt;y</subgt;((Nb<subgt;z</subgt;Ti<subgt;u</subgt;Mo<subgt;v</subgt;W<subgt;100?z?u?v</subgt;)C)<subgt;100?y</subgt;)<subgt;100?x</subgt;壓塊，制得原位生成MeC強化粘結相的碳化鎢硬質合金。使用本發(fā)明方法制備得到的硬質合金，晶界清晰、微觀組織結構均勻，具有優(yōu)異力學性能、抗腐蝕性和耐磨性，獲得了抗磨蝕合金。

技術研發(fā)人員：倪俊杰,宋玉來,汪仕寶,劉安偉,張思勇,張衛(wèi)強,劉桂振
受保護的技術使用者：聊城大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15