專利名稱：一種含鋁化鎳和硼銅基的硬質(zhì)合金及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硬質(zhì)合金產(chǎn)品及其制造方法，具體說是一種含鋁化鎳和硼銅基的 硬質(zhì)合金及其制造方法，主要用于替代碳化鎢基硬質(zhì)合金材料制作各種高硬合金產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的碳化鎢基硬質(zhì)合金材料，主要由基體碳化鎢和鈷粘結(jié)組成。鈷粘結(jié)的硬質(zhì) 合金在高溫使用時，其硬度，強度等各項指標比常溫下減少50% _90%，而且溫度越高，性 能越低。此外，鈷資源短缺，致使原材料成本價格偏高。如何進一步提高硬質(zhì)合金的機械性 能，降低生產(chǎn)成本成了各大生產(chǎn)廠家必須解決的問題。李沐山先生曾在《20世紀90年代世界硬質(zhì)合金材料技術(shù)發(fā)展》一書中提到， Ni3Al,NiAl等金屬間化合物具有一系列優(yōu)異的力學性能尤其是耐高溫、抗氧化等獨特的性 能，但其在室溫下的性塑和韌性比較差。隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)通過微合金化等方法可 能顯著改善其室溫塑性和韌性。因此，近來有許多關(guān)于鋁化鎳基的合金技術(shù)報道。如中國 專利申請?zhí)枮?0120369. X，名稱為“同時鋁化鎳基和鈷基超級合金的方法”的發(fā)明專利公 開了 一種在單一工藝室內(nèi)，采用相同的鋁供體和活化劑同時汽相鋁化鎳基和鈷基超級合金 形成厚度大致相等的擴散鋁化物涂層的方法。該方法提出使用鋁含量為約50-60% (重量 的)的鋁供體，和用量為至少1克/升涂覆室體積的氟化鋁活化劑。在約1900-1950° F的 溫度下在惰性或還原氣氛中同時汽相鋁化鎳基和鈷基超級合金4. 5-5. 5小時。采用這些原 料和工藝參數(shù)在兩種超級合金上形成的擴散鋁化物涂層彼此間的厚度差不超過30%。中國專利申請?zhí)枮?00610046863. 8，名稱為“制備鋁-鎳基合金的方法”的發(fā)明專 利公開了另一種制備鋁_鎳基合金的方法，該方法采用電解法是用單一的純鎳或鎳基合金 為陽極材料，電解質(zhì)由95 99wt%的冰晶石和1 5襯％的A1203組成，將單一的純鎳或 鎳基合金作為電解的陽極，將上述的電解質(zhì)在電解槽中制備得到鋁-鎳基合金。用鋁熱還 原法時金屬鋁占反應物總重量的50 99. 1%，鎳的氧化物或失效的雷尼鎳或兩者的混合 物均以實際含鎳的重量計量，按實際含鎳占反應物總重量的0. 1 50%，在溫度為850 1500°C的范圍內(nèi)，在冰晶石的熔體中先加入鎳的氧化物或失效的雷尼鎳或兩者的混合物， 再加入金屬鋁，攪拌后制備得到鋁-鎳基合金。中國專利申請?zhí)枮?00910028726. 5，名稱為“一種鋁鎳中間合金及其制備方法” 的發(fā)明專利公開了另一種鋁鎳中間合金及其制備方法，由主料和輔料制成，主料為原鋁 液、金屬鎳。輔料為精煉劑、覆蓋劑；其特征是按重量百分比計合金組成金屬鎳鎳含量 為99. 96% 99. 98% ；原鋁液硅含量為0.01% -0. 1%、鐵含量為0. 001% -0. 12%、鋁含 量99. 97% 99.99%。合金和原鋁液的投入量(以IOT爐計算)原鋁液8T-9T，金屬鎳 0. 96T-1. 2T，精煉劑、覆蓋劑適量。但現(xiàn)有的鋁鎳合金都一直未解決鋁鎳合金室溫下的性塑和韌性比較差的問題，所 以所制成的產(chǎn)品室溫下的性塑和韌性不理想，很有必要對此進一步加以改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的主要是針對現(xiàn)有鋁鎳合金室溫下的性塑和韌性不理想的不足，提出 了一種在室溫下的性塑和韌性更好的鋁鎳基合金及其制備方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了技術(shù)實施方案是一種含鋁化鎳和硼銅基 的硬質(zhì)合金，在以碳化鎢為基體材料的碳化鎢基硬質(zhì)合金中，添加一部分M3Al代替合金中 的鈷，并同時添加微量硼銅等添加劑，通過高溫燒結(jié)而得到一種低成本高性能(高溫性能) 的碳化鎢及硬質(zhì)合金材料。該材料主要特征是，在配比過程中，用一部分鎳鋁代替鈷，并加 入微量元素硼和銅，改變晶型晶貌從而改變M3Al室溫塑性和韌性較低的缺陷，從而達到如 鈷粘結(jié)的室溫效果。所述的碳化鎢為基體材料的碳化鎢基硬質(zhì)合金成分的重量百分比配比 如下:WC 70-90% ；Ni3Al 15-25% ；B 0. 05-0. 08% ；Cu 0. 05-0. 08%，其余為不可避免的微 量雜質(zhì)。上述這種含鋁化鎳和硼銅基的碳化鎢基硬質(zhì)合金冶金粉末材料的制備方法包括 如下步驟1)碳化鎢基硬質(zhì)合金粉末成分設計。將WC、Ni3Al, B和Cu按下述重量百分比進 行配比:WC :70-90% ;Ni3Al 15-25% ；B 0. 05-0. 08% ；Cu 0. 05-0. 08%，其余為不可避免的
微量雜質(zhì)。2)高能球磨制備硬質(zhì)合金粉末。將上述粉末原料配比用量分批倒入濕磨機進行球 磨，直到WC、Ni3Al、B和Cu等粉末均勻分布。3)按粉末冶金方法生產(chǎn)濕磨，混合，壓制，燒結(jié)成品。本發(fā)明與現(xiàn)有的鎢鈷材料相比，具有如下優(yōu)點1)采用本發(fā)明技術(shù)制備的碳化鎢基硬質(zhì)合金材料，用資源豐富的鋁鎳代替儲量較 少，價格較高的鈷資源，從而降低了生產(chǎn)成本。2)在基體材料中添加了部分微量元素硼和銅，使其塑性大幅度提高(大約提高 50%)，從而抑制晶間斷裂。3)顯著提高了合金的高溫使用性能。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進一步說明。實施例一一種含鋁化鎳和硼銅基的硬質(zhì)合金，以碳化鎢為基體，在以碳化鎢為基體材料的 碳化鎢基硬質(zhì)合金中，添加一部分M3Al,并同時添加微量硼銅等添加劑，通過高溫燒結(jié)而 得到一種低成本高性能(高溫性能)的碳化鎢及硬質(zhì)合金材料。該材料主要特征是，在配 比過程中，用一部分鎳鋁代替鈷，并加入微量元素硼和銅，改變晶型晶貌從而改變M3Al室 溫塑性和韌性較低的缺陷，從而達到如鈷粘結(jié)的室溫效果。所述的碳化鎢為基體材料的碳 化鎢基硬質(zhì)合金成分的重量百分比配比如下=WC 70% ；Ni3Al 25% ；B 0. 05% ；Cu 0. 08%, 其余為不可避免的微量雜質(zhì)。上述這種碳化鎢基硬質(zhì)合金冶金粉末材料的制備方法包括如下步驟1)碳化鎢基硬質(zhì)合金粉末成分設計。將WC、Ni3Al, B和Cu按下述重量百分比進 行配比=WC 70% ；Ni3Al 25% ；B 0. 05% ；Cu 0. 08%，其余為不可避免的微量雜質(zhì)。
2)高能球磨制備硬質(zhì)合金粉末。將上述粉末原料配比用量分批倒入濕磨機進行球 磨，直到WC、Ni3Al、B和Cu等粉末均勻分布。3)按粉末冶金方法生產(chǎn)濕磨，混合，壓制，燒結(jié)成品。實施例二一種含鋁化鎳和硼銅基的硬質(zhì)合金，以碳化鎢為基體，在以碳化鎢為基體材料的 碳化鎢基硬質(zhì)合金中，用一部分M3Al代替鈷，并同時添加微量硼銅等添加劑，通過高溫 燒結(jié)而得到一種低成本高性能(高溫性能)的碳化鎢及硬質(zhì)合金材料。該材料主要特征 是，在配比過程中，用一部分鎳鋁代替鈷，并加入微量元素硼和銅，改變晶型晶貌從而改變 Ni3Al室溫塑性和韌性較低的缺陷，從而達到如鈷粘結(jié)的室溫效果。所述的碳化鎢為基體材 料的碳化鎢基硬質(zhì)合金成分的重量百分比配比如下WC 85% ；Ni3Al 14% ；B 0. 08% ；Cu 0. 05%，其余為不可避免的微量雜質(zhì)。上述這種碳化鎢基硬質(zhì)合金冶金粉末材料的制備方法包括如下步驟1)碳化鎢基硬質(zhì)合金粉末成分設計。將WC、Ni3Al, B和Cu按下述重量百分比進 行配比WC 85% ；Ni3Al 14% ；B 0. 08% ；Cu 0. 05%，其余為不可避免的微量雜質(zhì)。2)高能球磨制備硬質(zhì)合金粉末。將上述粉末原料配比用量分批倒入濕磨機進行球 磨，直到WC、Ni3Al、B和Cu等粉末均勻分布。按粉末冶金方法生產(chǎn)濕磨，混合，壓制，燒結(jié)成品。按照該配比制作的碳化鎢基硬質(zhì)合金性能最為優(yōu)越，具有比原單純的碳化鎢基硬 質(zhì)合金更為優(yōu)越的室溫塑性和韌性。實施例三一種含鋁化鎳和硼銅基的硬質(zhì)合金，以碳化鎢為基體，在以碳化鎢為基體材料的 碳化鎢基硬質(zhì)合金中，用一部分M3Al代替鈷，并同時添加微量硼銅等添加劑，通過高溫 燒結(jié)而得到一種低成本高性能(高溫性能)的碳化鎢及硬質(zhì)合金材料。該材料主要特征 是，在配比過程中，用一部分鎳鋁代替鈷，并加入微量元素硼和銅，改變晶型晶貌從而改變 Ni3Al室溫塑性和韌性較低的缺陷，從而達到如鈷粘結(jié)的室溫效果。所述的碳化鎢為基體材 料的碳化鎢基硬質(zhì)合金成分的重量百分比配比如下WC 80% ；Ni3Al 19% ；B 0. 07% ；Cu 0. 06%，其余為不可避免的微量雜質(zhì)。上述這種碳化鎢基硬質(zhì)合金冶金粉末材料的制備方法包括如下步驟1)碳化鎢基硬質(zhì)合金粉末成分設計。將WC、Ni3Al, B和Cu按下述重量百分比進 行配比WC 80% ；Ni3Al 19% ；B 0. 07% ；Cu 0. 06%，其余為不可避免的微量雜質(zhì)。2)高能球磨制備硬質(zhì)合金粉末。將上述粉末原料配比用量分批倒入濕磨機進行球 磨，直到WC、Ni3Al、B和Cu等粉末均勻分布。按粉末冶金方法生產(chǎn)濕磨，混合，壓制，燒結(jié)成品。按照該配比制作的碳化鎢基硬質(zhì)合金，具有較為均衡的室溫塑性和韌性。
權(quán)利要求
一種含鋁化鎳和硼銅基的硬質(zhì)合金，以碳化鎢為基體，，其特征在于在以碳化鎢為基體材料的碳化鎢基硬質(zhì)合金中，添加一部分Ni3Al代替合金中的鈷，并同時添加微量硼銅等添加劑，通過高溫燒結(jié)而得到一種碳化鎢及硬質(zhì)合金材料；所述的碳化鎢為基體材料的碳化鎢基硬質(zhì)合金成分的重量百分比配比如下WC70-90％；Ni3Al 15-25％；B0.05-0.08％；Cu0.05-0.08％，其余為不可避免的微量雜質(zhì)。
2.—種權(quán)利要求1所述含鋁化鎳和硼銅基的硬質(zhì)合金制作方法，所述含鋁化鎳和硼銅 基的硬質(zhì)合金制作的制備方法包括如下步驟A.碳化鎢基硬質(zhì)合金粉末成分設計將WC、Ni3Al,B和Cu按下述比例進行配比WC 70-90% ；Ni3Al 15-25% ；B 0. 05-0. 08% ；Cu 0. 05-0. 08%，其余為不可避免的微量雜質(zhì)；B.高能球磨制備硬質(zhì)合金粉末將上述粉末原料配比用量分批倒入濕磨機進行球磨， 直到WC、Ni3Al、B和Cu等粉末均勻分布；C.按粉末冶金方法生產(chǎn)濕磨，混合，壓制，燒結(jié)成品。
全文摘要
一種含鋁化鎳和硼銅基的硬質(zhì)合金及其制備方法，在以碳化鎢為基體材料的碳化鎢基硬質(zhì)合金中，添加一部分Ni3Al代替合金中的鈷，并同時添加微量硼銅等添加劑，通過高溫燒結(jié)而得到一種低成本高性能(高溫性能)的碳化鎢及硬質(zhì)合金材料。所述的碳化鎢為基體材料的碳化鎢基硬質(zhì)合金成分的重量百分比配比如下WC70-90％；Ni3Al 15-25％；B0.05-0.08％；Cu0.05-0.08％，其余為不可避免的微量雜質(zhì)。所述硬質(zhì)合金制備方法包括如下步驟將WC、Ni3Al、B和Cu按下述重量百分比進行配比；再將上述粉末原料配比用量分批倒入濕磨機進行球磨，直到WC、Ni3Al、B和Cu等粉末均勻分布。然后濕磨，混合，壓制，燒結(jié)成品。
文檔編號C22C29/08GK101880810SQ20101022001
公開日2010年11月10日 申請日期2010年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月8日
發(fā)明者劉光耀 申請人:株洲特利亞硬質(zhì)合金有限公司