一種高強度wc納米硬質(zhì)合金材料的制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高強度WC納米硬質(zhì)合金材料的制備工藝，涉及金屬材料生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，包括原料準備，機械力活化，真空加熱和冷卻四個工藝過程，本工藝方法中，采用機械力活化制備WC納米硬質(zhì)合金材料，該工藝方法流程簡單，制備速度快，制備出的WC納米硬質(zhì)合金材料質(zhì)量好，強度高，不易被環(huán)境污染，制備過程中通過選取優(yōu)質(zhì)的氧化鎢和石墨粉末原料，控制好加熱溫度、加熱時間以及升溫速率等參數(shù)，使得制備出的WC納米硬質(zhì)合金材料強度超過了同類材料，硬度高，韌性大，膨脹系數(shù)小，熱傳導率大，彈性模量高，具有很高的抗壓強度以及耐磨性，且制備過程中通過優(yōu)選制備加工設(shè)備，選用了性能優(yōu)良的球磨機和真空爐，提高了制備速率和材料質(zhì)量。
【專利說明】-種高強度WC納米硬質(zhì)合金材料的制備工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬材料生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種高強度WC納米硬質(zhì)合金材料 的制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 硬質(zhì)合金是由一種或多種高硬度、高彈性模量的難熔金屬碳化物(通常由間隙化 合物WC-TIC等作為主相）和過渡族金屬Fe、CO、Ni或其他合金作為粘結(jié)相組成的多相復 合材料，其中碳化物主相為合金提供高的硬度和耐磨性，而過渡族金屬粘結(jié)相為合金提供 必需的韌性，一般這種復合結(jié)構(gòu)材料經(jīng)過粉末制備、壓制成型和高溫燒結(jié)等粉末冶金方法 制備，硬質(zhì)合金具有許多優(yōu)良的力學性能，包括很高的硬度和良好的耐磨性，特別在高溫 下仍保持較高的硬度和強度，相對于其他超硬工具材料，鎢鉆類硬質(zhì)合金（WC-C)具有較好 的抗拉強度和斷裂軔性，基于上述優(yōu)異的性能，用硬質(zhì)合金作為工具材料可以成倍甚至上 百倍提高工具的壽命，提升切削速度和鉆進速度，大大提高生產(chǎn)效率，采用硬質(zhì)合金實現(xiàn) 高速切削可以提高工件的加工尺寸精度，降低表面粗糙度，更好地適應(yīng)加工工業(yè)機械化和 自動化發(fā)展要求，硬質(zhì)合金制成的切削工具還可以用來加工普通高速鋼難以加工的耐熱合 金、欽合金、超硬鑄鐵等材料，這就使其在工具材料、耐磨材料、耐高溫和耐腐蝕材料等領(lǐng)域 占有重要的地位，引起了金屬切削加工工業(yè)的革命，被譽為工業(yè)的牙齒，因此，迫切需要研 制一種高強度的碳化鎢材料來滿足生產(chǎn)的需求，且制備工藝要簡單，成本低廉，可實現(xiàn)自動 化生產(chǎn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明所要解決的問題是提供一種制備工藝簡單，成本低廉，強度高的WC納米硬 質(zhì)合金材料的制備工藝。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：所提供的一種高強度WC納米硬質(zhì) 合金材料的制備工藝，包括下述工藝步驟： (1) 原料準備：選用純度大于99. 9%的氧化鎢粉末和純度大于99%的石墨粉末，并按照 1:4的摩爾質(zhì)量比稱取總重為50-60g的混合粉末； (2) 機械力活化：按照球料比為10:1選擇好磨球后，將步驟（1)中準備好的混合粉末和 磨球一同裝入球磨罐，啟動球磨機，并控制球磨機的轉(zhuǎn)速為 345_355r/min，待球磨機連續(xù)運 轉(zhuǎn)10-12h后，取出粉末。
[0005] (3)真空加熱：將步驟（2)中經(jīng)機械力活化后的粉末裝入瓷舟內(nèi)，并置于真空爐中 進行加熱，控制加熱溫度為1210-122〇。〇,真空度保持在13-i8Pa，控制升溫速率為9-12°C / min,持續(xù)加熱1-2h。
[0006] (4)冷卻：經(jīng)步驟（3)加熱完成后，將反應(yīng)后的粉末置于真空中冷卻至室溫即可制 得成品。
[0007]優(yōu)選的'所述步驟（1)中氧化鎢粉末中氧與鎢原子的化學比范圍為2. 95-3.0,為 黃色氧化鎢，粉末顆粒為球形，粒徑為〇· 2-2mn，所述石墨的平均顆粒度為3utn。
[0008] 優(yōu)選的，所述步驟（1)中所用的石墨需進行干燥處理，具體工藝步驟為， (1) 將石墨粉末置于烘干機內(nèi)，控制千燥溫度為250°C，控制干燥時間為lh ; (2) 將干燥后的石墨粉末置于密閉的器皿中冷卻至室溫25°C即可。
[0009] 優(yōu)選的，所述步驟（2)中所用的磨球為硬質(zhì)合金磨球，其直徑為9-10mm。
[0010] 優(yōu)選的，所述步驟（2)中所用的球磨機為QM-1SP4行星式球磨機。
[0011] 優(yōu)選的，所述步驟（3)中所用的真空爐為自動控溫真空爐，可控最高溫度為 2000。。。
[0012] 采用本發(fā)明的技術(shù)方案，本工藝方法中采用機械力活化制備WC納米硬質(zhì)合金材 料，該工藝方法流程簡單，制備速度快，制備出的WC納米硬質(zhì)合金材料質(zhì)量好，強度高，不 易被環(huán)境污染，制備過程中通過選取優(yōu)質(zhì)的氧化鎢和石墨粉末原料，控制好加熱溫度、加熱 時間以及升溫速率等參數(shù)，使得制備出的WC納米硬質(zhì)合金材料強度超過了同類材料，硬度 高，韌性大，膨脹系數(shù)小，熱傳導率大，彈性模量高，具有很高的抗壓強度以及耐磨性，且制 備過程中通過優(yōu)選制備加工設(shè)備，選用了性能優(yōu)良的球磨機和真空爐，提高了制備速率和 材料質(zhì)量。
【具體實施方式】
[0013] 實施例1 : (1) 原料準備：選用純度大于"· 9%的氧化鎢粉末和純度大于99%的石墨粉末，并按照 1:4的摩爾質(zhì)量比稱取總重為51g的混合粉末，其中，所述氧化鎢粉末中氧與鎢原子的化學 比范圍為2. 95,為黃色氧化鎢，粉末顆粒為球形，粒徑為〇. 2um，所述石墨的平均顆粒度為 3um ； (2) 機械力活化：按照球料比為10:1選擇直徑為9mm磨球后，將步驟（1)中準備好的混 合粉末和磨球一同裝入球磨罐，啟動QM-1SP4行星式球磨機，并控制球磨機的轉(zhuǎn)速為346r/ min，待球磨機連續(xù)運轉(zhuǎn)10h后，取出粉末。
[0014] (3)真空加熱：將步驟（2)中經(jīng)機械力活化后的粉末裝入瓷舟內(nèi)，并置于自動控 溫真空爐中進行加熱，控制加熱溫度為1211°C，真空度保持在13Pa，控制升溫速率為9°C / min，持續(xù)加熱lh。
[0015] (4)冷卻：經(jīng)步驟（3)加熱完成后，將反應(yīng)后的粉末置于真空中冷卻至室溫即可制 得成品。
[0016] 實施例2 :其余與實施例1相同，不同之處在于所述步驟（1)中，稱取的混合粉末的 總重為52g，所述氧化鎢粉末中氧與鎢原子的化學比范圍為2. 96,粒徑為0. Sum ;所述步驟 (2)中，所用的磨球直徑為10mm，控制球磨機轉(zhuǎn)速為350 r/min,控制運轉(zhuǎn)時間為llh ;所述 步驟（3)中，控制加熱溫度為1216°C，控制真空度為15Pa，控制升溫速率為11°C /min，控制 加熱時間為1. 5h。
[0017] 實施例3 :其余與實施例1相同，不同之處在于所述步驟（D中，稱取的混合粉末的 總重為56g，所述氧化鎢粉末中氧與鎢原子的化學比范圍為2. 98,粒徑為0. 9um ;所述步驟 (2)中，所用的磨球直徑為10mm，控制球磨機轉(zhuǎn)速為352 r/min，控制運轉(zhuǎn)時間為10. 5h ;所 述步驟（3)中，控制加熱溫度為1218?，控制真空度為16Pa,控制升溫速率為12°C /min，控 制加熱時間為2h。 ^
[0018]經(jīng)過以上工藝步驟后，取出WC納米確席4各姑Μ垤"口"牲、Μ -
【權(quán)利要求】
1. 一種高強度WC納米硬質(zhì)合金材料的制備工藝，包括下述工藝步驟： (1) 原料準備：選用純度大于99. 9%的氧化鎢粉末和純度大于99%的石墨粉末，并按照 1:4的摩爾質(zhì)量比稱取總重為50-60g的混合粉末； (2) 機械力活化：按照球料比為10:1選擇好磨球后，將步驟（1)中準備好的混合粉末和 磨球一同裝入球磨罐，啟動球磨機，并控制球磨機的轉(zhuǎn)速為345-355r/min，待球磨機連續(xù)運 轉(zhuǎn)io-ia后，取出粉末； (3) 真空加熱：將步驟（2)中經(jīng)機械力活化后的粉末裝入瓷舟內(nèi)，并置于真空爐中進行 加熱，控制加熱溫度為1210_1220°C，真空度保持在13-18Pa，控制升溫速率為9-12°C /min， 持續(xù)加熱l_2h ; (4) 冷卻：經(jīng)步驟（3)加熱完成后，將反應(yīng)后的粉末置于真空中冷卻至室溫即可制得成 品。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度WC納米硬質(zhì)合金材料的制備工藝，其特征在于： 所述步驟（1)中氧化鎢粉末中氧與鎢原子的化學比范圍為2. 95-3.0,為黃色氧化鎢，粉末 顆粒為球形，粒徑為〇· 2-2um，所述石墨的平均顆粒度為3um。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度WC納米硬質(zhì)合金材料的制備工藝，其特征在于： 所述步驟（1)中所用的石墨需進行干燥處理，具體工藝步驟為， (1) 將石墨粉末置于烘干機內(nèi)，控制干燥溫度為200-350°C，控制干燥時間為l_2h ; (2) 將干燥后的石墨粉末置于密閉的器皿中冷卻至室溫25°C即可。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度WC納米硬質(zhì)合金材料的制備工藝，其特征在于： 所述步驟（2)中所用的磨球為硬質(zhì)合金磨球，其直徑為9-10mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度WC納米硬質(zhì)合金材料的制備工藝，其特征在于： 所述步驟（2)中所用的球磨機為QM-1SP4行星式球磨機。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度WC納米硬質(zhì)合金材料的制備工藝，其特征在于： 所述步驟（3)中所用的真空爐為自動控溫真空爐，可控最高溫度為2000°C。
【文檔編號】C22C29/08GK104232963SQ201410376208
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月3日
【發(fā)明者】姬勝國 申請人:青島銳志農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)有限公司