本發(fā)明屬于硬質(zhì)合金材料及制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備高強(qiáng)度wc-ni硬質(zhì)合金的方法。

背景技術(shù)：

以wc、tic、tac為主要硬質(zhì)成分，以co為主要粘結(jié)相的硬質(zhì)合金材料自1922年發(fā)明至今，都是作為切削工具和耐磨部件的最主要的材料，被譽(yù)為“工業(yè)的牙齒”。但后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)，wc-co硬質(zhì)合金存在有毒性，成本較高和耐腐蝕性較差等缺點(diǎn)。因此，用新的低毒、來(lái)源相對(duì)廣泛且具有較好腐蝕性的的金屬粉代替鈷粉成為硬質(zhì)合金領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向。

研究發(fā)現(xiàn)wc-ni混合粉的毒性要比wc-co混合粉低得多，地殼中鎳的含量是鈷的15倍，另外，ni比co耐腐蝕(標(biāo)準(zhǔn)電位分別為-0.25v和-0.277v)、抗氧化性能好(pilling-becworth比值分別為1.52和1.99)，wc-ni合金的磁性在wc+γ兩相區(qū)范圍內(nèi)就消失，使得wc-ni作為無(wú)磁合金或耐腐蝕合金，在性能上優(yōu)于wc-co硬質(zhì)合金，因此wc-ni硬質(zhì)合金成為wc-co硬質(zhì)合金最有前途的替代品之一。但wc-ni硬質(zhì)合金的力學(xué)性能與wc-co硬質(zhì)合金相比仍有較大差距，其斷裂強(qiáng)度仍只能達(dá)到wc-co硬質(zhì)合金的75％～80％，這大大限制了wc-ni硬質(zhì)合金的應(yīng)用范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于wc-ni硬質(zhì)合金存在力學(xué)性能較差的缺陷，本發(fā)明提供了一種制備高強(qiáng)度wc-ni硬質(zhì)合金的方法，該方法制得wc-ni硬質(zhì)合金克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，顯著提高wc-ni硬質(zhì)合金的強(qiáng)度和硬度，顯著改善wc-ni硬質(zhì)合金的力學(xué)性能，從而實(shí)現(xiàn)wc-ni硬質(zhì)合金的高性能。

本發(fā)明的一種制備高強(qiáng)度wc-ni硬質(zhì)合金的方法，包括以下步驟：

1)將wc、ni、晶須原料粉末混合均勻，然后加入乙醇介質(zhì)，采用濕球磨細(xì)化，得到粘結(jié)相和硬質(zhì)相分布均勻的混合料；

2)在真空干燥箱中干燥濕磨的混合料，真空度高于10^-3pa，干燥溫度80-100℃；

3)將真空干燥處理后的混合料在石墨模具中壓制成坯，控制壓強(qiáng)范圍45-60mpa；

4)將上步所得的坯采用高純氮保護(hù)，置于真空燒結(jié)爐中連續(xù)燒結(jié)0.8-1.5h，然后隨爐冷卻即得。

上述本發(fā)明的方法，步驟1)中，wc、ni和晶須的重量比90:8:2，所述晶須為陶瓷晶須，選自sic晶須、al2o3晶須、si3n4晶須，晶須的直徑范圍為0.1-10μm，晶須長(zhǎng)度5-150μm；步驟2)中，干燥溫度為80-100℃；步驟1)中，磨球的轉(zhuǎn)速為50-300r/min，濕磨時(shí)間為6-24h，優(yōu)選的，步驟1)中，所述磨球的轉(zhuǎn)速100r/min，所述濕磨時(shí)間為12h；步驟4)中，真空燒結(jié)爐的溫度范圍為950℃-1650℃，優(yōu)選的，步驟4)中真空燒結(jié)爐的溫度為1480℃，燒結(jié)時(shí)間為1h。

在一具體實(shí)施方案中，本發(fā)明的一種制備高強(qiáng)度wc-ni硬質(zhì)合金的方法，包括：

首先按一定的配比90:8:2分別準(zhǔn)確稱取wc、ni、晶須原料粉末，晶須的直徑范圍為0.1-10μm，晶須長(zhǎng)度范圍為5-150μm，所述晶須為陶瓷晶須，選自sic晶須、al2o3晶須、si3n4晶須，然后將其分別加入球磨桶中混合均勻，球磨桶內(nèi)裝直徑10mm的yg8硬質(zhì)合金球，濕磨介質(zhì)為乙酸。球磨工藝的作用是使原料粉末在球磨桶內(nèi)細(xì)化和均勻化，使合金中粘結(jié)相和硬質(zhì)相分布均勻，以及使晶粒粒度符合要求。優(yōu)選的，球轉(zhuǎn)速為100r/min，球磨時(shí)間為12小時(shí)，然后在真空度高于10^-3pa，干燥溫度為80-100℃的真空下干燥濕磨混合料。將真空干燥后的混合料用壓制機(jī)壓制成坯，控制壓強(qiáng)范圍45-60mpa，所得的坯采用高純氮保護(hù)，以連續(xù)燒結(jié)的方式在1480℃的真空燒結(jié)爐中l(wèi)h，燒結(jié)完后隨爐冷卻即得。

向wc、ni原料粉末中添加一種纖維狀單晶體的晶須，通過(guò)合理控制晶須的添加量wc的質(zhì)量百分比范圍85％-92％、ni的質(zhì)量百分比范圍6％-13％、晶須的質(zhì)量百分比不超過(guò)10％，以及球磨工藝參數(shù)等，成功制備一種高強(qiáng)度高硬度的wc-ni硬質(zhì)合金，解決了wc-ni硬質(zhì)合金力學(xué)性能較差的問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)wc-ni硬質(zhì)合金的高性能制備，其斷裂強(qiáng)度超過(guò)wc-co硬質(zhì)合金的斷裂強(qiáng)度，并且具有更好的耐磨性和更低的熱膨脹系數(shù)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式詳細(xì)介紹本發(fā)明，但以下的實(shí)施例僅限于解釋本發(fā)明，而且通過(guò)以下實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員即可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1wc-ni硬質(zhì)合金的制備方法

1)首先按一定的配比準(zhǔn)確稱取wc、ni、sic晶須(90：8：2)原料粉末，晶須粉末的直徑范圍為0.1-10μm，晶須長(zhǎng)度范圍在5-150μm，分別加入球磨桶中混合均勻，然后加入乙醇介質(zhì)，球磨桶內(nèi)裝直徑10mm的yg8硬質(zhì)合金球，磨球的轉(zhuǎn)速為100r/min，采用濕球磨細(xì)12小時(shí)，使原料粉末在球磨桶內(nèi)濕磨細(xì)化和均勻化，得到粘結(jié)相和硬質(zhì)相分布均勻的混合料，并使晶粒粒度符合要求；

2)將濕磨混合均勻的混合料在真空干燥箱中干燥12小時(shí)，真空度高于10^-3pa，干燥溫度80-100℃。

3)將干燥處理后的混合料在石墨模具中壓制成坯，控制壓強(qiáng)范圍在55-60mpa。

4)將上步所得的坯采用高純氮保護(hù)，置于真空燒結(jié)爐中連續(xù)燒結(jié)1h，真空燒結(jié)爐的溫度范圍為14809℃，燃燒結(jié)束后隨爐冷卻即得。

實(shí)施例2wc-ni硬質(zhì)合金的制備方法

1)首先按一定的配比準(zhǔn)確稱取wc、ni、al2o3晶須(90：8：2)原料粉末，晶須粉末的直徑范圍為0.1-10μm，晶須長(zhǎng)度范圍在5-150μm范圍，分別加入球磨桶中混合均勻，然后加入乙醇介質(zhì)，球磨桶內(nèi)裝直徑10mm的yg8硬質(zhì)合金球，磨球的轉(zhuǎn)速為50r/min，采用濕球磨細(xì)24小時(shí)，使原料粉末在球磨桶內(nèi)濕磨細(xì)化和均勻化，得到粘結(jié)相和硬質(zhì)相分布均勻的混合料，并使晶粒粒度符合要求；

2)將濕磨混合均勻的混合料在真空干燥箱中干燥，真空度高于10-3pa，干燥溫度80-100℃。

3)將干燥處理后的混合料在石墨模具中壓制成坯，控制壓強(qiáng)范圍45-55mpa。

4)將上步所得的坯采用高純氮保護(hù)，置于真空燒結(jié)爐中連續(xù)燒結(jié)0.8h，真空燒結(jié)爐的溫度約為1650℃，然后隨爐冷卻即得。

實(shí)施例3wc-ni硬質(zhì)合金的制備方法

1)首先按一定的配比準(zhǔn)確稱取wc、ni、si3n4晶須(wc：ni：si3n4＝90：8：2)原料粉末，晶須粉末的直徑范圍為0.1-10μm，晶須長(zhǎng)度范圍在5-150μm，分別加入球磨桶中混合均勻，然后加入乙醇介質(zhì)，球磨桶內(nèi)裝直徑10mm的yg8硬質(zhì)合金球，磨球的轉(zhuǎn)速為300r/min，采用濕球磨細(xì)6小時(shí)，使原料粉末在球磨桶內(nèi)濕磨細(xì)化和均勻化，得到粘結(jié)相和硬質(zhì)相分布均勻的混合料，并使晶粒粒度符合要求；

2)將濕磨混合均勻的混合料在真空干燥箱中干燥，真空度高于10^-3pa，干燥溫度80-100℃。

3)將干燥處理后的混合料在石墨模具中壓制成坯，控制壓強(qiáng)范圍55-60mpa。

4)將上步所得的坯采用高純氮保護(hù)，置于真空燒結(jié)爐中連續(xù)燒結(jié)1.5h，真空燒結(jié)爐的溫度范圍為950℃，燒結(jié)完后隨爐冷卻即得。

效果測(cè)試

測(cè)試未加晶須的wc-ni硬質(zhì)合金與添加晶須后的wc-ni硬質(zhì)合金的硬度、抗彎強(qiáng)度、彈性模量顯著增大，摩擦系數(shù)減小，結(jié)果見(jiàn)下表1和表2。

表1添加晶須前后wc-ni硬質(zhì)合金的力學(xué)性能比較

表2添加晶須前后wc-ni硬質(zhì)合金的物理性能比較

表1和表2的結(jié)果，表明添加晶須后的wc-ni硬質(zhì)合金具有更高的力學(xué)性能和更優(yōu)異的耐磨性。添加晶須后的wc-ni硬質(zhì)合金的熱膨脹系數(shù)顯著減小，這有利于硬質(zhì)合金刀具的尺寸穩(wěn)定性。比熱明顯增大，表明散熱性能增強(qiáng)，在硬質(zhì)合金刀具的高速切削過(guò)程中產(chǎn)生的熱量迅速散失，從而延長(zhǎng)刀具的使用壽命。

由于晶須的晶體結(jié)構(gòu)比較完整，內(nèi)部缺陷較少，并且晶須的強(qiáng)度和模量均接近其完整晶體材料的理論值，因此晶須是一種力學(xué)性能十分優(yōu)異的復(fù)合材料增強(qiáng)補(bǔ)韌劑。上述研究結(jié)果為一種制備高強(qiáng)高硬wc-ni硬質(zhì)合金的方法提供了科學(xué)方法。

最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過(guò)參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍。