本發(fā)明屬于硬質(zhì)合金刀具材料及制造
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種納米改性硬質(zhì)合金晶粒長(zhǎng)大抑制劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
：納米wc硬質(zhì)合金具有極高的強(qiáng)度、硬度和韌性，為硬質(zhì)合金材料的發(fā)展提供了新的技術(shù)途徑。然而，wc粉末的納米化易產(chǎn)生很大的表面能和晶格畸變能，這些能量在燒結(jié)過(guò)程中被充分釋放，從而導(dǎo)致wc晶粒長(zhǎng)大。為了抑制wc晶粒長(zhǎng)大，通常采用快速燒結(jié)和快速冷卻的方法。目前常用的先進(jìn)燒結(jié)技術(shù)主要有：放電等離子燒結(jié)技術(shù)、熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)等，盡管這些先進(jìn)的燒結(jié)技術(shù)能抑制晶粒長(zhǎng)大，從而達(dá)到提高wc硬質(zhì)合金硬度和韌性的目的。但這些燒結(jié)技術(shù)所需設(shè)備昂貴且不適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜硬質(zhì)合金產(chǎn)品的大批量制備，除開(kāi)發(fā)新型燒結(jié)技術(shù)之外，在粉末中添加晶粒長(zhǎng)大抑制劑，通過(guò)阻礙wc在co相中的溶解-析出過(guò)程來(lái)抑制晶粒長(zhǎng)大，是減小晶粒尺寸的另一途徑，該方法投入成本較低，非常適合工業(yè)化應(yīng)用。常用的硬質(zhì)合金晶粒長(zhǎng)大抑制劑有以下幾類：過(guò)渡族金屬碳化物、稀土元素、非金屬元素b和p、金屬cu和mo等。在現(xiàn)有的報(bào)道和專利技術(shù)中，晶粒長(zhǎng)大抑制劑主要通過(guò)球磨的方式添加到硬質(zhì)合金中，由于抑制劑普遍粒度較大，與wc原料粉末粒度不匹配，在硬質(zhì)合金(特別是超細(xì)晶硬質(zhì)合金)混合料中難以均勻分布，從而影響使用效果和硬質(zhì)合金的性能。(internationaljournalofrefractorymetalsandhardmaterials)volume47,november2014,pages145–149，公開(kāi)了(cr0.8v0.2)2(c,n)微晶，作為長(zhǎng)晶抑制劑，但在性能上仍不理想。有鑒于此，為了解決現(xiàn)有技術(shù)中物料混合不均問(wèn)題以及改善wc硬質(zhì)合金，為此完成本發(fā)明。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供了一種新型的硬質(zhì)合金晶粒長(zhǎng)大抑制劑及其制備方法，該抑制劑可以解決抑制劑與硬質(zhì)合金材料混合不均勻的問(wèn)題，顯著提高對(duì)硬質(zhì)合金晶粒長(zhǎng)大的抑制效果，從而實(shí)現(xiàn)納米wc硬質(zhì)合金的高性能制備。本發(fā)明的一種硬質(zhì)合金晶粒長(zhǎng)大抑制劑，其化學(xué)式為(v0.35,cr0.65,)3(c,n)，所述抑制劑為固溶體粉末。本發(fā)明的一種制備硬質(zhì)合金晶粒長(zhǎng)大抑制劑的方法，包括以下步驟：1)以偏釩酸銨、鉻酸銨和納米炭黑分別為v源、cr源和c源，通過(guò)水溶液噴霧造粒制備得到前驅(qū)體產(chǎn)物；2)將前驅(qū)體產(chǎn)物在1000-1200℃，優(yōu)選1100℃下，n2壓力為0.02-0.04mpa，優(yōu)選0.03mpa的封閉體系中保溫50-70min,優(yōu)選60min，碳熱還原氮化前驅(qū)體產(chǎn)物，合成相組成單一的納米晶(v0.35,cr0.65)3(c,n)固溶體粉末。本發(fā)明的目的還在于提供一種制備wc硬質(zhì)合金的方法，包括以下步驟：1)按一定比例取wc粉末、co粉和納米(v0.35,cr0.65,)3(c,n)固溶體粉末混合為初始物料，所述按一定比例是wc粉末與co粉和納米(v0.35,cr0.65,)3(c,n)固溶體粉末的重量比為80-90：5-15：0.5-5.0；2)將混合后的初始物料用球磨機(jī)在乙醇環(huán)境中，在轉(zhuǎn)速50rpm的條件下，球磨70-74h，優(yōu)選72h，使其充分混合，得到共混物，其中，球與物料的重量比為10：1；3)共混物經(jīng)干燥、篩分，并在單向載荷150mpa下冷壓實(shí)；4)將壓實(shí)物進(jìn)行真空燒結(jié)，在1763k等溫?zé)Y(jié)1h，其間壓力逐漸增加，在燒結(jié)后期保溫期間，氬氣壓強(qiáng)為2mpa。在一具體實(shí)施方案中，本發(fā)明的一種制備硬質(zhì)合金晶粒長(zhǎng)大抑制劑的方法，包括：首先以偏釩酸銨、鉻酸銨和納米炭黑分別為v源、cr源和c源(5:13:60)，通過(guò)水溶液噴霧造粒制備得到前驅(qū)體產(chǎn)物。在1100℃，n2壓力為0.03mpa的封閉體系中保溫60min，碳熱還原氮化前驅(qū)體產(chǎn)物，合成相組成單一的納米晶(v0.35,cr0.65,)3(c,n)固溶體粉末。在另一具體實(shí)施方案中，本發(fā)明的一種制備wc硬質(zhì)合金的方法，包括：按比例配方取wc粉末、co粉和納米(v0.35,cr0.65,)3(c,n)晶粒抑制劑混合成初始物料，用通用球磨機(jī)在乙醇環(huán)境中在轉(zhuǎn)速50rpm下和在球料重量比(bpr)為10：1的條件下、球磨72h，充分磨合成共混物。共混物經(jīng)干燥、篩分，并在單向載荷150mpa下冷壓實(shí)。將壓緊物進(jìn)行真空燒結(jié)，在1763k等溫?zé)Y(jié)在1h，其間壓力逐漸增加，燒結(jié)后期保溫期內(nèi)氬氣壓強(qiáng)為2mpa。本發(fā)明的有益效果在于：以偏釩酸銨、鉻酸銨和納米炭黑為原料，通過(guò)碳熱還原氮化前驅(qū)體法，在較低溫度和較短保溫時(shí)間條件下，成功合成單一物相納米(v0.35,cr0.65,)3(c,n)固溶體粉末，然后以納米(v0.35,cr0.65,)3(c,n)固溶體粉末為添加劑用于制備硬質(zhì)合金，解決了傳統(tǒng)抑制劑易引起硬質(zhì)合金抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性等力學(xué)性能惡化等問(wèn)題，并且制備成本低廉，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。具體實(shí)施方式以下具體實(shí)施方式詳細(xì)介紹本發(fā)明，使本領(lǐng)域技術(shù)人員即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1納米(v,cr)(c,n)晶粒抑制劑晶粒長(zhǎng)大抑制劑包括：首先以偏釩酸銨、鉻酸銨和納米炭黑分別為v源、cr源和c源(重量比5:13:60)，通過(guò)水溶液噴霧造粒制備得到前驅(qū)體產(chǎn)物。在1100℃，n2壓力為0.03mpa的封閉體系中保溫60min，碳熱還原氮化前驅(qū)體產(chǎn)物，合成相組成單一的納米晶(v0.35,cr0.65,)3(c,n)固溶體粉末。實(shí)施例2按重量比80：15：0.5分別取wc粉末、co粉和納米(v0.35,cr0.65,)3(c,n))晶粒抑制劑混合成初始物料，用通用球磨機(jī)在乙醇環(huán)境中在轉(zhuǎn)速50rpm下和在球料重量比(bpr)為10：1的條件下、球磨72h，充分磨合成共混物。共混物經(jīng)干燥、篩分，并在單向載荷150mpa下冷壓實(shí)。將壓緊物進(jìn)行真空燒結(jié)，在1763k等溫?zé)Y(jié)在1h，其間壓力逐漸增加，燒結(jié)后期保溫時(shí)間內(nèi)氬氣壓強(qiáng)為2mpa，制得wc硬質(zhì)合金。實(shí)施例3按比例90：5：5分別取wc粉末、co粉和納米(v0.35,cr0.65,)3(c,n))晶粒抑制劑混合成初始物料，用通用球磨機(jī)在乙醇環(huán)境中在轉(zhuǎn)速50rpm下和在球料重量比(bpr)為10：1的條件下、球磨72h，充分磨合成共混物。共混物經(jīng)干燥、篩分，并在單向載荷150mpa下冷壓實(shí)。將壓緊物進(jìn)行真空燒結(jié)，在1763k等溫?zé)Y(jié)在1h，其間壓力逐漸增加，燒結(jié)后期保溫時(shí)間內(nèi)氬氣壓強(qiáng)為2mpa，制得wc硬質(zhì)合金。實(shí)施例4按比例85：8：2分別取wc粉末、co粉和納米(v0.35,cr0.65,)3(c,n))晶粒抑制劑混合成初始物料，用通用球磨機(jī)在乙醇環(huán)境中在轉(zhuǎn)速50rpm下和在球料重量比(bpr)為10：1的條件下、球磨72h，充分磨合成共混物。共混物經(jīng)干燥、篩分，并在單向載荷150mpa下冷壓實(shí)。將壓緊物進(jìn)行真空燒結(jié)，在1763k等溫?zé)Y(jié)在1h，其間壓力逐漸增加，燒結(jié)后期保溫時(shí)間內(nèi)氬氣壓強(qiáng)為2mpa，制得wc硬質(zhì)合金。對(duì)比實(shí)施例1按(cr0.8v0.2)2(c,n)分子的量，取偏釩酸銨、鉻酸銨和納米炭黑分別為v源、cr源和c源，通過(guò)水溶液噴霧造粒制備得到前驅(qū)體產(chǎn)物。在1100℃，n2壓力為0.03mpa的封閉體系中保溫60min，碳熱還原氮化前驅(qū)體，合成相組成單一的納米晶(cr0.8v0.2)2(c,n)固溶體粉末。參照實(shí)施例2的方法，以納米(cr0.8v0.2)2(c,n)固溶體粉末為抑制劑制備wc更質(zhì)合金。效果對(duì)比測(cè)試測(cè)定實(shí)施例2-4和對(duì)比實(shí)施例1的更質(zhì)合金的特性，包括抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性的對(duì)比數(shù)據(jù)等，結(jié)果見(jiàn)下表1表1特性抗彎強(qiáng)度(mpa)維氏硬度(hv)斷裂韌性(mpam1/2)對(duì)比實(shí)施例1371015208.7實(shí)施例24350196012.8實(shí)施例34270188012.0實(shí)施例44190192011.9上表1結(jié)果表明，通過(guò)改變長(zhǎng)晶抑制劑(cr0.8v0.2)2(c,n)的分子比，變成本發(fā)明的納米(v0.35,cr0.65,)3(c,n))后，意外發(fā)現(xiàn)，利用該抑制劑制備的vc硬質(zhì)合金的特性得到重大改善。利用n元素可以影響v、w、ti等元素在粘接相的溶解析出過(guò)程，進(jìn)而抑制硬質(zhì)合金中wc晶粒的長(zhǎng)大。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(shū)所限定的本發(fā)明的精神和范圍。當(dāng)前第1頁(yè)12