專利名稱：一種Sr₂Nb₂O₇增韌WC-8%Co硬質(zhì)合金復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計(jì)材料領(lǐng)域,特別是涉及一種Sr2Nb2O7增韌WC-8% Co硬質(zhì)合金復(fù)合材料及其制備方法。該材料為高強(qiáng)度、高韌性復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
WC-8% Co基硬質(zhì)合金具有特殊的耐腐蝕性、高硬度、優(yōu)良的斷裂韌性和抗壓強(qiáng)度，有現(xiàn)代工業(yè)牙齒之稱，在機(jī)械、冶金、礦山、精密儀器、軍事等工業(yè)中占有極其重要的地位，應(yīng)用硬質(zhì)合金制造的各類工程鉆頭，成為了不可取代的產(chǎn)品。由于這些領(lǐng)域在國民經(jīng)濟(jì)中占有很重要的份額，潛在著巨大的經(jīng)濟(jì)利益，因此國內(nèi)外一直致力于開發(fā)更優(yōu)良的礦用硬質(zhì)合金，以制造更耐磨、更高效率的工程鉆頭。硬質(zhì)合金主要含WC和Co，礦用硬質(zhì)合金的通常成分是WC-10%Co，降低Co含量，合金的耐磨性提高，但韌性降低，脆性增加，容易使鉆頭發(fā)生碎裂，這是一個長期阻礙硬質(zhì)合金發(fā)展的壁壘?！つ壳埃S著壓電/鐵電第二相增韌陶瓷材料的廣泛開展，采用壓電/鐵電第二相增韌硬質(zhì)合金材料以替代金屬相的研究也逐漸得到了重視。根據(jù)壓電/鐵電第二相增韌理論，采用Sr2Nb2O7增韌WC-8% Co硬質(zhì)合金，可大幅度提高其韌性。Sr2Nb2O7增韌WC_8% Co硬質(zhì)合金復(fù)合材料，由于Sr2Nb2O7第二相并不與基體WC-8% Co反應(yīng),而且由于其具有壓電性與鐵電性，在基體中，當(dāng)裂紋擴(kuò)展到壓電第二相粒子的時候，由于壓電材料的機(jī)電轉(zhuǎn)換作用會將部分彈性能轉(zhuǎn)化為電能釋放，還可以通過疇轉(zhuǎn)來耗散部分彈性能，從而增加了裂紋擴(kuò)展的阻力，達(dá)到增韌的目的。我國近年來也開展了對壓電/鐵電第二相增韌材料的研究，一般以鈦酸鋇或鈦酸鍶等壓電第二相增韌氧化鋯基復(fù)合材料為主，有關(guān)Sr2Nb2O7增韌WC-8%Co硬質(zhì)合金復(fù)合材料方面的研究尚未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種硬度高、抗壓強(qiáng)度好、韌性高、制備工藝簡單、成本低的Sr2Nb2O7增韌WC-8% Co硬質(zhì)合金復(fù)合材料及其制備工藝。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種Sr2Nb2O7增韌WC-8 % Co硬質(zhì)合金復(fù)合材料是將Sr2Nb2O7均勻分布在WC-8 %Co硬質(zhì)合金中；按質(zhì)量百分比計(jì)，Sr2Nb2O7占整個Sr2Nb2O7增韌WC-8% Co硬質(zhì)合金復(fù)合材料的3-8%。所述的WC-8% Co硬質(zhì)合金中Co的質(zhì)量含量占8%。Sr2Nb2O7增韌WC_8% Co硬質(zhì)合金復(fù)合材料是由以下方法制備而成的(I)配料將質(zhì)量百分比為92-97%的WC-8% Co硬質(zhì)合金粉末和3_8%的Sr2Nb2O7粉末混合，得到配料；(2)研磨將步驟⑴配好的配料與無水乙醇混合，放入球磨機(jī)內(nèi)研磨O. 5-20h,得到均勻的混合料；
(3)制坯將混合料制成毛坯；(4)燒結(jié)將制好的毛坯在真空中加熱至1300-1700°C區(qū)間的任一溫度，保溫I-IOh,隨爐冷卻，得到Sr2Nb2O7增韌WC-8 % Co硬質(zhì)合金復(fù)合材料。步驟(I)中WC-8% Co硬質(zhì)合金粉末和Sr2Nb2O7粉末粒度都在-300目。步驟(2)無水乙醇與配料的體積比為2 I 4 : I。
步驟(2)研磨控制轉(zhuǎn)速150_200rpm。本發(fā)明是采用粉末冶金技術(shù)，以WC-8% Co為基體，通過添加壓電/鐵電第二相Sr2Nb2O7,通過一定的制備工藝，從而制得Sr2Nb2O7增韌WC_8% Co硬質(zhì)合金復(fù)合材料，其特點(diǎn)是(I)硬度高、韌性好材料中Co含量較常用的WC-10%CO硬質(zhì)合金中的Co含量低，可以提高其硬度；又由于Sr2Nb2O7并不與基體WC-8% Co反應(yīng)，而且由于它的壓電性與鐵電性，在基體中，當(dāng)裂紋擴(kuò)展到壓電第二相粒子的時候，由于壓電材料的機(jī)電轉(zhuǎn)換作用會將部分彈性能轉(zhuǎn)化為電能釋放，還可以通過疇轉(zhuǎn)來耗散部分彈性能，從而增加了裂紋擴(kuò)展的阻力，提高材料的韌性。(2)制備工藝簡單，成本低。本發(fā)明的Sr2Nb2O7增韌WC-8 % Co硬質(zhì)合金復(fù)合材料具有優(yōu)良的物理性能和力學(xué)性能，是一種新型功能材料，可以應(yīng)用于機(jī)械、冶金、礦山、精密儀器、軍事等行業(yè)，用于制造各種刀片、鑿巖球齒等磨具材料。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但應(yīng)理解本發(fā)明的范圍非僅限于這些實(shí)施例的范圍。實(shí)施例I :按化學(xué)成分要求，將符合配方的粒徑均為-300目的質(zhì)量百分比為92%的WC_8%Co硬質(zhì)合金粉末和8%的Sr2Nb2O7粉末混合，得到配料；將配好的配料加入無水乙醇混合，控制無水乙醇與配料的體積比為2 : I,放入球磨機(jī)內(nèi)控制轉(zhuǎn)速150rpm,研磨O. 5h,得到均勻的混合料；按常規(guī)的粉末冶金工藝，將混合料制成規(guī)則形狀，制得毛坯；將制好的產(chǎn)品毛坯在真空中加熱至1300°C，保溫10h，隨爐冷卻，得到Sr2Nb2O7增韌的WC_8% Co硬質(zhì)合金復(fù)合材料。制備的硬質(zhì)合金性能如下抗壓強(qiáng)度1020MPa ;硬度911 ;比重14. 3g/m3 ;沖擊功ak 13. 4J/cm2。實(shí)施例2 按化學(xué)成分要求，將符合配方的粒徑均為-300目的質(zhì)量百分比為97%的WC-8%Co硬質(zhì)合金粉末和3%的Sr2Nb2O7粉末混合，得到配料；將配好的配料加入無水乙醇混合，控制無水乙醇與配料的體積比為3 : I,放入球磨機(jī)內(nèi)控制轉(zhuǎn)速175rpm,研磨20h,得到均勻的混合料；按常規(guī)的粉末冶金工藝，將混合料制成規(guī)則形狀，制得毛坯；將制好的產(chǎn)品毛坯在真空中加熱至1700°C，保溫10h，隨爐冷卻，得到Sr2Nb2O7增韌的WC_8% Co硬質(zhì)合金復(fù)合材料。制備的硬質(zhì)合金性能如下抗壓強(qiáng)度1070MPa ;硬度91. 6 ;比重14. 5g/m3 ;沖擊功ak 14. 4J/cm2。
實(shí)施例3 按化學(xué)成分要求，將符合配方的粒徑均為-300目的質(zhì)量百分比為95%的WC-8%Co硬質(zhì)合金粉末和5%的Sr2Nb2O7粉末混合，得到配料；將配好的配料加入無水乙醇混合，控制無水乙醇與配料的體積比為4 1，放入球磨機(jī)內(nèi)控制轉(zhuǎn)速200rpm，研磨10h，得到均勻的混合料；按常規(guī)的粉末冶金工藝，將混合料制成規(guī)則形狀，制得毛坯；將制好的產(chǎn)品毛坯在真空中加熱至1500°C，保溫5h，隨爐冷卻，得到Sr2Nb2O7增韌的WC_8% Co硬質(zhì)合金復(fù)合材料。制備的硬質(zhì)合金性能如下抗壓強(qiáng)度1040MPa ;硬度91. 3 ;比重14. 4g/m3 ;沖擊功ak 14. IJ/cm2。
權(quán)利要求
1.一種Sr2Nb2O7增韌WC-8% Co硬質(zhì)合金復(fù)合材料，其特征是所述的材料是將Sr2Nb2O7均勻分布在WC-8% Co硬質(zhì)合金中；按質(zhì)量百分比計(jì)，Sr2Nb2O7占整個Sr2Nb2O7增韌WC-8% Co硬質(zhì)合金復(fù)合材料的3-8%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合材料,其特征是所述的WC-8%Co硬質(zhì)合金中Co的質(zhì)量含量占8%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合材料，其特征是=Sr2Nb2O7增韌WC_8%Co硬質(zhì)合金復(fù)合材料是由以下方法制備而成的 (1)配料將質(zhì)量百分比為92-97%的WC-8%Co硬質(zhì)合金粉末和3_8%的Sr2Nb2O7粉末混合，得到配料； (2)研磨將步驟(I)配好的配料與無水乙醇混合，放入球磨機(jī)內(nèi)研磨O.5-20h，得到均勻的混合料； (3)制坯將混合料制成毛坯； (4)燒結(jié)將制好的毛坯在真空中加熱至1300-1700°C區(qū)間的任一溫度，保溫Ι-lOh，隨爐冷卻，得到Sr2Nb2O7增韌WC-8% Co硬質(zhì)合金復(fù)合材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合材料，其特征是步驟(I)中WC-8%Co硬質(zhì)合金粉末和Sr2Nb2O7粉末粒度都在-300目。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合材料，其特征是步驟(2)無水乙醇與配料的體積比為2 : I 4 : I。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合材料,其特征是步驟(2)研磨控制轉(zhuǎn)速150-200rpm。
7.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的Sr2Nb2O7增韌WC-8%Co硬質(zhì)合金復(fù)合材料的制備方法，其特征是，包括以下步驟 (1)配料將質(zhì)量百分比為92-97%的WC-8%Co硬質(zhì)合金粉末和3_8%的Sr2Nb2O7粉末混合，得到配料； (2)研磨將步驟(I)配好的配料與無水乙醇混合，放入球磨機(jī)內(nèi)研磨O.5-20h，得到均勻的混合料； (3)制坯將混合料制成毛坯； (4)燒結(jié)將制好的毛坯在真空中加熱至1300-1700°C區(qū)間的任一溫度，保溫Ι-lOh，隨爐冷卻，得到Sr2Nb2O7增韌WC-8% Co硬質(zhì)合金復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種Sr2Nb2O7增韌WC-8％Co硬質(zhì)合金復(fù)合材料及其制備方法，其組成是按質(zhì)量百分比計(jì)，Sr2Nb2O7占整個Sr2Nb2O7-WC-8％Co硬質(zhì)合金復(fù)合材料中的3-8％，并且Sr2Nb2O7均勻分布在所述復(fù)合材料中。本發(fā)明的鐵電陶瓷第二相Sr2Nb2O7并不與基體WC-8％Co反應(yīng)，而且由于其具有壓電性與鐵電性，在基體中，當(dāng)裂紋擴(kuò)展到壓電第二相粒子的時候，由于壓電材料的機(jī)電轉(zhuǎn)換作用會將部分彈性能轉(zhuǎn)化為電能釋放，還可以通過疇轉(zhuǎn)來耗散部分彈性能，從而增加了裂紋擴(kuò)展的阻力，達(dá)到增韌的目的。因此本發(fā)明提供的復(fù)合材料耐沖擊、使用壽命長，并且該材料的制備方法簡單、容易工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C22C1/05GK102912205SQ20121010116
公開日2013年2月6日 申請日期2012年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月9日
發(fā)明者周宏明, 李薦, 易丹青 申請人:中南大學(xué)