一種超粗硬質(zhì)合金的制備方法與流程

本發(fā)明涉及一種合金的制備方法，具體涉及一種超粗硬質(zhì)合金的制備方法。

背景技術(shù)：

超粗晶粒度的硬質(zhì)合金市場需求量大，可替代相關(guān)使用領(lǐng)域的進口產(chǎn)品，可滿足國內(nèi)客戶對此類產(chǎn)品的需求，應(yīng)用領(lǐng)域更廣，售價更高，效益更好。制備的低鈷硬質(zhì)合金用于生產(chǎn)筑路齒，高鈷硬質(zhì)合金用于生產(chǎn)截煤齒，根據(jù)采煤機械的大小和截煤齒尺寸的不同選擇不同的材質(zhì)。

現(xiàn)有技術(shù)中，化學(xué)包覆法和納米粉末溶解法是超粗晶WC-Co硬質(zhì)合金制備的主要方法，但現(xiàn)有方法均存在制備復(fù)雜，成本投入大等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：現(xiàn)有技術(shù)中超粗晶硬質(zhì)合金的制備方法均存在工藝復(fù)雜的問題，目的在于提供解決上述問題的一種超粗硬質(zhì)合金的制備方法。

本發(fā)明中，該超粗晶硬質(zhì)合金的研發(fā)，是將原來鈷(Co)10％的普通粗顆粒(WC晶粒度2.4μm左右)，通過技術(shù)改進，研制成同牌號(合金成份基本未變)的超粗合金(WC晶粒度4.0-5.5μm，其相關(guān)性能參數(shù)接近維特根公司生產(chǎn)的同種型號的產(chǎn)品。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種超粗硬質(zhì)合金的制備方法，包括：

向固體原料中加入濕磨介質(zhì)進行混合濕磨，濕磨的研磨體采用柱狀的合金棒，濕磨后進行干燥制成平均粒徑為3.0～5.0μm的混合料；所述固體原料包括成型劑、粒徑為1～2μm的鈷粉和粒徑為12～20μm的超粗碳化鎢；

將混合料壓制成壓坯，壓坯燒結(jié)后，再經(jīng)過低壓以及表面處理后即可制成超粗晶WC-Co硬質(zhì)合金。

本發(fā)明通過上述工藝參數(shù)的優(yōu)化，能有效制備出較大晶粒度的合金，尤其是原料的優(yōu)化選擇以及柱狀的合金棒的優(yōu)化選擇，能有效增加制成的超粗晶WC-Co硬質(zhì)合金的晶粒度，將原有晶粒度為2.4μm提高到4.0～5.5μm，進而有效使硬質(zhì)合金的強度、抗沖擊性能增加，效果十分顯著。

進一步，所述研磨體與固體原料的質(zhì)量比為1～2.5:1，優(yōu)選為1.5～2:1；柱狀的合金棒的直徑為10mm，柱狀的合金棒的長度為18mm。所述濕磨介質(zhì)為無水酒精，無水酒精的加入量為0.2～0.3L/Kg。所述濕磨時間為10～21h；優(yōu)選為10～15h。

通過上述條件的優(yōu)化，不僅僅能有效減少WC晶粒破碎，使制備出的硬質(zhì)合金的晶粒度大于5.0，進一步增加硬質(zhì)合金的強度、抗沖擊性能。并且，通過上述條件的優(yōu)化組合，還能有效減少濕磨時間、濕磨介質(zhì)投入量、研磨體加入量、原材料的投入成本；即，將原有的10～21h的研磨時間減少到現(xiàn)有的10～15h，將濕磨介質(zhì)的投入量從原有的0.3mL/Kg～0.4mL/Kg下調(diào)到0.2～0.3L/Kg，將研磨體的加入量從原有的4:1左右調(diào)整為1.5～2:1。

并且，通過上述條件的優(yōu)化后還能有效降低鈷的含量，即，鈷含量略有下調(diào)，WC的比例略有上升，因為鈷的價格目前比WC價格更高(高出30％以上)，鈷含量的降低，使得合金中的原料成本略有下降。但由于合金的晶粒度長粗，合金強度增加，因此，合金的抗沖擊性能反而更好。因而，通過本發(fā)明工藝的優(yōu)化，能達到：降成本，提高質(zhì)量的雙重效果，效果十分顯著。

優(yōu)選地，所述鈷粉占固體原料總重量的7～13wt％。所述成型劑為石蠟，石蠟占鈷粉和超粗碳化鎢總重量的1～2.5wt％。

更進一步，所述混合料先過200～500目篩網(wǎng)，再放入制粒機中制粒，最后在壓機中壓制成壓坯，壓制時的壓力為60～95MPa。同時，本發(fā)明中壓機上的模具采用合金材料構(gòu)成，該模具的收縮系數(shù)為1.23～1.26。在粉末壓制行業(yè)，因為壓制的產(chǎn)品有一定的收縮性，因而模具一般比樣胚設(shè)計尺寸大。該模具的收縮系數(shù)的介紹記載在陳楚軒老先生編著的《硬質(zhì)合金質(zhì)量控制原理》一書的壓制成型部分。

本發(fā)明中模具的收縮系數(shù)由原來的1.21相應(yīng)的調(diào)整為1.23～1.26之間，并且模具材質(zhì)由原來的鋼模相應(yīng)調(diào)整為合金模具。通過上述模具的收縮系數(shù)、模具材料組成的調(diào)整以及制粒的前處理工藝，有效解決超粗晶混合料流動性差及成型困難等問題，確保產(chǎn)品毛胚不分層、無裂紋、不出現(xiàn)未壓好等現(xiàn)象，同時，大大延長了模具的使用壽命。

本發(fā)明同時優(yōu)化了壓坯燒結(jié)時的燒結(jié)過程，具體過程為：

首先進行高溫真空燒結(jié)：將壓坯在350～450℃條件下保溫，退去成型劑并脫氧脫氣，再將燒結(jié)溫度增加至1450～1550℃，保溫一小時，冷卻至常溫；然后再進行低壓燒結(jié)：升溫至1150～1250℃，加壓45～55公斤，邊加壓邊升溫至1350～1450℃，保溫保壓一小時，最后冷卻至常溫即可。

本發(fā)明對燒結(jié)方法進行了調(diào)整，由一次燒結(jié)成型，調(diào)整為二次燒結(jié)成型，第一次是真空高溫?zé)Y(jié)，第二次是低壓低溫?zé)Y(jié)，既確保合金晶粒變粗，又保證內(nèi)在性能提高的技術(shù)要求。即，本發(fā)明燒結(jié)工藝的優(yōu)化設(shè)置，不僅僅確保合金晶粒變粗，而且還有效避免了合金的孔隙出現(xiàn)，使合金的孔隙度達到A02B00，無孔洞，大幅度地提高合金的使用壽命。

更進一步，所述燒結(jié)后制成的超粗晶WC-Co硬質(zhì)合金通過表面處理工藝進行處理，該表面處理工藝為：

對超粗晶WC-Co硬質(zhì)合金進行噴砂處理；噴砂完成后，與硬質(zhì)合金研磨球一起加入滾磨機中球磨；硬質(zhì)合金研磨球與超粗晶WC-Co硬質(zhì)合金的球料比為1～4:1，研磨介質(zhì)的加入量為0.1～0.2mL/Kg，滾磨機的轉(zhuǎn)速為20～60轉(zhuǎn)/分。

本發(fā)明中的表面處理工藝更加適用于超粗硬質(zhì)合金的表面處理，通過本發(fā)明方法的滾磨處理后的成品硬質(zhì)合金的表面光潔度更高，通過滾磨處理后合金成品的缺陷，如：分層、裂紋、鼓泡等就很容易暴露出來，能有效防止缺陷產(chǎn)品進入市場，并且能有效磨掉產(chǎn)品的毛刺缺陷，而滾磨處理后的沉淀料可以回收再利用，提高利用率。并且，通過本發(fā)明的工藝，能有效消除合金在燒結(jié)工藝中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，提高了合金的抗沖擊能力，延長使用壽命。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果：

1、本發(fā)明的方法具有工藝簡單、成本降低、時間減少等優(yōu)點；

2、本發(fā)明由于合金的晶粒度長粗，合金強度增加，因此，合金的抗沖擊性能更好。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明實施例的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明實施例的限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明中WC粉末的SEM圖。

圖2為本發(fā)明中Co粉的SEM圖。

圖3為本發(fā)明中超粗晶WC-Co硬質(zhì)合金的晶相圖。

圖4為本發(fā)明中超粗晶WC-Co硬質(zhì)合金的SEM圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施例和附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對本發(fā)明的限定。

實施例1

一種超粗硬質(zhì)合金的制備方法，包括：向固體原料中加入濕磨介質(zhì)進行混合濕磨，濕磨的研磨體采用柱狀的合金棒，研磨體與固體原料的質(zhì)量比為1.5:1，柱狀的合金棒的直徑為10mm，柱狀的合金棒的長度為18mm。該濕磨中濕磨介質(zhì)為無水酒精，無水酒精的加入量為0.2L/Kg，該濕磨時間為12h。

上述步驟中固體原料為成型劑、鈷粉和超粗碳化鎢，其中鈷粉的粒徑為0.5～1μm左右，如圖2所示；該超粗碳化鎢的粒徑為12～20μm，如圖1所示。本步驟中該鈷粉占固體原料總重量的8wt％，成型劑為石蠟，石蠟占鈷粉和超粗碳化鎢總重量的2wt％。

將上述濕磨后獲得的混合物在進行真空干燥，干燥后即制成平均粒徑為3.0～5.0μm的混合料，混合料過200～500目篩網(wǎng)，再將混合料放入制粒機中滾動15分鐘左右。

采用壓機將混合料在壓力為60～95MPa的壓制條件下制成壓坯，壓機上的模具采用合金材料構(gòu)成，該模具的收縮系數(shù)為1.23～1.26。

壓坯壓制成型后，將壓坯在真空條件下進行燒結(jié)，本發(fā)明采用二次燒結(jié)的方式，燒結(jié)具體過程如下：

第一次燒結(jié)為高溫真空燒結(jié)：將粗顆粒壓制成相應(yīng)的形狀，經(jīng)400℃左右保溫，退去成型劑，400℃左右保溫脫氧脫氣，再燒結(jié)至高溫致密，最后至最高溫度1500℃，保溫一小時左右冷卻至常溫。第二次為低壓再次燒結(jié)，直接升溫至1200℃左右，加壓50公斤，邊加壓邊升溫至1400左右℃，保溫保壓一小時左右，后冷卻至常溫即可制成超粗晶WC-Co硬質(zhì)合金。

優(yōu)選地，所述燒結(jié)后制成的超粗晶WC-Co硬質(zhì)合金通過表面處理工藝進行處理，該表面處理工藝為：

對超粗晶WC-Co硬質(zhì)合金進行噴砂處理；噴砂完成后，與硬質(zhì)合金研磨球一起加入滾磨機中球磨；硬質(zhì)合金研磨球與超粗晶WC-Co硬質(zhì)合金的球料質(zhì)量比為3:1，研磨介質(zhì)的加入量為0.2mL/Kg，滾磨機的轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/分。

對超粗晶WC-Co硬質(zhì)合金進行檢測，檢測結(jié)果如圖3～4所示，通過該檢測即可證明，采用本發(fā)明的方法即可有效制備出晶粒度達到4.0～5.5μm的超粗晶WC-Co硬質(zhì)合金，并且通過本發(fā)明方法制備出的合金的孔隙度達到A02B00，有效避免了合金的孔隙出現(xiàn)，大幅度地提高合金的使用壽命。

通過壓制工藝以及模具的調(diào)整，有效降低了合金壓胚的分層，裂紋，未壓好，掉邊掉角，毛刺過大，表面痕跡及麻面等。成品合金表面工藝處理后合金的表面可達到鏡面光潔度，表面粗糙度Ra的值為0.8，殘余應(yīng)力較原有工藝降低60％左右，較實施例6工藝降低40％左右。

實施例2

本實施例與實施例1的差別在于，本實施例中優(yōu)化了濕磨過程中的性能參數(shù)，具體設(shè)置如下：

所述研磨體與固體原料的質(zhì)量比為1:1；無水酒精的加入量為0.2L/Kg，濕磨時間為15h。

對本實施例制備得到的超粗晶WC-Co硬質(zhì)合金進行檢測，檢測出該超粗晶WC-Co硬質(zhì)合金的晶粒度達到3.0～3.5μm左右。

實施例3

本實施例與實施例1的差別在于，本實施例中優(yōu)化了濕磨過程中的性能參數(shù)，具體設(shè)置如下：

所述研磨體與固體原料的質(zhì)量比為3:1；無水酒精的加入量為0.3L/Kg，濕磨時間為20h。

對本實施例制備得到的超粗晶WC-Co硬質(zhì)合金進行檢測，檢測出該超粗晶WC-Co硬質(zhì)合金的晶粒度達到2.4～2.8μm左右。

實施例4

本實施例為對比實施例，本實施例與實施例1的差別在于，本實施例中濕磨的參數(shù)以及燒結(jié)過程不同，具體設(shè)置如下：

濕磨中，所述研磨體與固體原料的質(zhì)量比為4:1；研磨體采用直徑為4-8mm的合金球。所述濕磨介質(zhì)為無水酒精，無水酒精的加入量為0.4L/Kg。所述濕磨時間為24h。

燒結(jié)中，燒結(jié)采用一次燒結(jié)方法，燒結(jié)過程中燒結(jié)溫度控制在1400℃～1500℃，保溫時間控制在100分鐘左右，燒結(jié)爐內(nèi)壓力保持在5MPa以下。

對本實施例制備得到的超粗晶WC-Co硬質(zhì)合金進行檢測，檢測出該超粗晶WC-Co硬質(zhì)合金的晶粒度達到2.0～2.4μm左右。

實施例5

本實施例為對比實施例，本實施例與實施例1的差別在于，本實施例中濕磨的參數(shù)以及燒結(jié)過程不同，具體設(shè)置如下：

燒結(jié)溫度控制在1400℃～1500℃，保溫時間控制在100分鐘左右，燒結(jié)爐內(nèi)壓力保持在5MPa以下；所述研磨體與固體原料的質(zhì)量比為2:1；研磨體采用直徑為4-8mm的合金球。所述濕磨介質(zhì)為無水酒精，無水酒精的加入量為0.3L/Kg。所述濕磨時間為12h。

對本實施例制備得到的超粗晶WC-Co硬質(zhì)合金進行檢測，檢測出該超粗晶WC-Co硬質(zhì)合金的晶粒度達到4.0μm左右。

實施例6

本實施例為對比實施例，本實施例與實施例1的差別在于，本實施例中壓制工藝和表面處理工藝的步驟參數(shù)不同，具體設(shè)置如下：

本實施例中，壓機上的模具采用合金材料構(gòu)成，該模具的收縮系數(shù)為1.21。

所述表面處理工藝為：對超粗晶WC-Co硬質(zhì)合金進行噴砂處理；噴砂完成后，與硬質(zhì)合金研磨球一起加入滾磨機中球磨；硬質(zhì)合金研磨球與超粗晶WC-Co硬質(zhì)合金的球料質(zhì)量比為5:1，研磨介質(zhì)的加入量為0.3mL/Kg，滾磨機的轉(zhuǎn)速為10轉(zhuǎn)/分。

以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。