一種抗氧化硬質(zhì)合金材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無機(jī)材料領(lǐng)域，涉及一種合金材料，具體涉及一種抗氧化硬質(zhì)合金材 料。
【背景技術(shù)】
[0002] 硬質(zhì)合金號稱"工業(yè)的牙齒"，是一種高效工具材料和結(jié)構(gòu)材料，主要應(yīng)用于數(shù)控 機(jī)床精密加工刀具技術(shù)領(lǐng)域，還可用于模具和鑿巖、礦山、建筑等工程機(jī)械耐磨技術(shù)領(lǐng)域， 對工業(yè)發(fā)展和科技進(jìn)步起到了重要的推動作用。
[0003] 傳統(tǒng)硬質(zhì)合金是以Co、Ni、Fe單質(zhì)元素為粘結(jié)相、以WC為硬質(zhì)相。隨著使用溫度 的升高，特別是在400°C以上，Co、Ni、Fe單質(zhì)元素為粘結(jié)相和WC硬質(zhì)相開始發(fā)生氧化，WC 氧化生成W03,Co氧化生成C〇W04，氧化物疏松多孔，不具有保護(hù)性，導(dǎo)致傳統(tǒng)硬質(zhì)合金抗彎 強(qiáng)度、硬度等性能顯著降低，高溫使用壽命也顯著降低。文獻(xiàn)1(徐濤，硬質(zhì)合金高端產(chǎn)品及 新材料發(fā)展趨勢分析，硬質(zhì)合金，2011，28(6) :395-402)報道了采用附#1合金代替〇)作 為硬質(zhì)合金粘結(jié)相。然而，鎳鋁合金依據(jù)鋁的含量不同存在多種相，不同相的物理化學(xué)性能 不同，采用Ni3Al合金作為硬質(zhì)合金粘結(jié)相，存在硬質(zhì)合金產(chǎn)品質(zhì)量性能不可控的問題。文 獻(xiàn)2 (馮亮，楊艷玲，陸德平，彭文屹，陸磊，湯昌仁.Y203對再生WC-SCo硬質(zhì)合金性能的影 響.稀土，2014, 35 (1) :30-34)和文獻(xiàn)3 (羊建高，熊繼.稀土添加劑對WC-Co硬質(zhì)合金孔 隙影響的研究.硬質(zhì)合金，1994,01 : 10-12)報道了通過添加稀土來提高硬質(zhì)合金密度、強(qiáng) 度和硬度。然而，稀土價格昂貴，導(dǎo)致硬質(zhì)合金材料成本高，難以工業(yè)化應(yīng)用。文獻(xiàn)4 (楊逸 斐，王興慶，黃英華，何寶山，郭海亮.超細(xì)硬質(zhì)合金燒結(jié)方法與抑制劑的研究.上海有色金 屬，2004,25(4) :156-162)和文獻(xiàn)5(吳恩熙，雷貽又.超細(xì)硬質(zhì)合金中晶粒生長抑制劑的 作用?硬質(zhì)合金，2002，19(3) :136 ~139.)報道了通過添加VC、Cr3C2、TiC、ZrC、NbC、Mo2C、 HfC和TaC等難熔碳化物來提高硬質(zhì)合金的硬度、強(qiáng)度和韌性。然而，這些難熔碳化物的抗 氧化性能與WC相當(dāng)，不能提高硬質(zhì)合金的抗氧化溫度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種抗氧化硬質(zhì)合金材料。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種抗氧化硬質(zhì)合金材料，所述抗 氧化硬質(zhì)合金材料由以下重量百分比的組分組成~20%粘結(jié)相，80%~99%硬質(zhì)相，所 述粘結(jié)相為NiCrAlY合金，其特征在于：所述硬質(zhì)相由WC和SiAlCN組成，所述WC占所述抗 氧化硬質(zhì)合金材料的重量百分比為55%~97%，所述SiAlCN占所述抗氧化硬質(zhì)合金材料 的重量百分比為2%~25%。
[0006] 優(yōu)化地，所述粘結(jié)相中各元素的重量百分比為：Ni :43~74. 5%，Cr :20~43%， A1 :5 ~12%，Y :0? 5 ~2%〇
[0007] 優(yōu)化地，所述WC的粒度為1~1. 5 y m，所述SiAlCN的粒度為0? 05~1 y m，所述 NiCrAlY的粒度為5~10 ym。
[0008] 由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明抗氧化硬 質(zhì)合金材料，通過向硬質(zhì)相中加入精確含量的SiAlCN，從而與粘結(jié)相混合均勻后用于制作 硬質(zhì)合金工具，這樣能夠使硬質(zhì)相具有較高的硬度和抗氧化性能，能夠提高制得的硬質(zhì)合 金工具高溫強(qiáng)度、硬度和韌性，SiAlCN在硬質(zhì)合金工具高溫使用過程中，能夠在工具表面能 夠形成致密氧化物保護(hù)膜，抗氧化溫度達(dá)到1500°C以上，并且抗硫化和抗各種介質(zhì)腐蝕。
【具體實(shí)施方式】
[0009] 本發(fā)明抗氧化硬質(zhì)合金材料，所述抗氧化硬質(zhì)合金材料由以下重量百分比的組分 組成：1~20%粘結(jié)相，80%~99%硬質(zhì)相，所述粘結(jié)相為NiCrAlY合金，其特征在于：所述 硬質(zhì)相由WC和SiAlCN組成，所述WC占所述抗氧化硬質(zhì)合金材料的重量百分比為55 %~ 97%，所述SiAlCN占所述抗氧化硬質(zhì)合金材料的重量百分比為2%~25%。通過向硬質(zhì)相 中加入精確含量的SiAlCN，從而與粘結(jié)相混合均勻后用于制作硬質(zhì)合金工具，這樣能夠使 硬質(zhì)相具有較高的硬度和抗氧化性能，能夠提高制得的硬質(zhì)合金工具高溫強(qiáng)度、硬度和韌 性，SiAlCN在硬質(zhì)合金工具高溫使用過程中，能夠在工具表面能夠形成致密氧化物保護(hù)膜， 抗氧化溫度達(dá)到1500°C以上，并且抗硫化和抗各種介質(zhì)腐蝕。
[0010] 粘結(jié)相中各元素的重量百分比優(yōu)選為：Ni :43~74. 5%，Cr :20~43%，A1 :5~ 12%，Y :0. 5~2%，此時NiCrAlY合金作為硬質(zhì)合金粘結(jié)相，粘結(jié)相高溫強(qiáng)度好，制得的硬 質(zhì)合金工具高溫強(qiáng)度高、硬度高；使用過程中，暴露于介質(zhì)環(huán)境下的NiCrAlY粘結(jié)相表面能 夠形成致密氧化鋁保護(hù)膜，抗氧化溫度達(dá)到1500°C以上，并且抗硫化和抗各種介質(zhì)腐蝕，可 在高溫和惡劣的環(huán)境下工作。各合金粉末的粒度優(yōu)選為：WC的粒度為1~1. 5 ym，SiAlCN 的粒度為〇? 05~1 ym，NiCrAlY的粒度為5~10 ym，產(chǎn)生了意想不到的效果：有利于各成 分的均勻混合，提高硬質(zhì)合金工具的質(zhì)量。
[0011] 下面將對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0012] 實(shí)施例1
[0013] 本實(shí)施例提供一種抗氧化硬質(zhì)合金材料，用于制作硬質(zhì)合金刀具，具體為：硬質(zhì)相 和粘結(jié)相的重量百分比分別為92%、8% ;粘結(jié)相為NiCrAlY合金粉末，其中Ni、Cr、Al、Y 元素的重量百分比分別為62%、30%、7%、1% ;硬質(zhì)相由WC合金粉末和SiAlCN合金粉末 組成，WC、SiAlCN的重量百分比分別為80%、12%。將該抗氧化硬質(zhì)合金材料制作成對應(yīng) 的合金刀具，具體方法為：將粒度為1. 5 y m的WC粉末、0. 05 y m的SiAlCN粉末和8 y m的 NiCrAlY粉末均勻混合，在150MPa冷壓成型，于1460°C真空燒結(jié)硬質(zhì)合金刀具材料樣品。按 GB3851-83,將其加工成尺寸為21mmX6. 5mmX5. 3mm試樣，在Instron8032材料試驗機(jī)上進(jìn) 行室溫和700°C抗彎強(qiáng)度測試；再加工尺寸為10_X6. 5_X5. 3mm另一試樣，試樣表面經(jīng) 0. 5 ym金剛石研磨拋光，放入箱式電阻爐進(jìn)行700°C、4h氧化增重試驗，以及進(jìn)行室溫硬度 測試；為了對比，將傳統(tǒng)YG8硬質(zhì)合金加工成相同尺寸進(jìn)行相同試驗。
[0014] 實(shí)施例2
[0015] 本實(shí)施例提供一種抗氧化硬質(zhì)合金材料，用于制作硬質(zhì)合金刀具，具體為：硬質(zhì)相 和粘結(jié)相的重量百分比分別為99%、1% ;粘結(jié)相為NiCrAlY合金粉末，其中Ni、Cr、Al、Y 元素的重量百分比分別為43 %、43 %、12 %、2 % ;硬質(zhì)相由WC合金粉末和SiAlCN合金粉 末組成，WC、SiAlCN的重量百分比分別為97%、2%。將該抗氧化硬質(zhì)合金材料制作成對 應(yīng)的合金刀具，具體方法為：將粒度為lym的WC粉末、0. lym的SiAlCN粉末和5ym的NiCrA1Y粉末均勻混合，在200MPa冷壓成型，于1470 °C真空燒結(jié)硬質(zhì)合金刀具材料樣品。按 GB3851-83,將其加工成尺寸為21mmX6. 5mmX5. 3mm試樣，在Instron8032材料試驗機(jī)上進(jìn) 行室溫和700°C抗彎強(qiáng)度測試；再加工尺寸為10_X6. 5_X5. 3mm另一試樣，試樣表面經(jīng) 0. 5 ym金剛石研磨拋光，放入箱式電阻爐進(jìn)行700°C、4h氧化增重試驗，以及進(jìn)行室溫硬度 測試。
[0016] 實(shí)施例3
[0017] 本實(shí)施例提供一種抗氧化硬質(zhì)合金材料，用于制作硬質(zhì)合金刀具，具體為：硬質(zhì)相 和粘結(jié)相的重量百分比分別為80%、20% ;粘結(jié)相為NiCrAlY合金粉末，其中Ni、Cr、Al、Y 元素的重量百分比分別為74. 5%、20%、5%、0. 5% ;硬質(zhì)相由WC合金粉末和SiAlCN合金 粉末組成，WC、SiAlCN的重量百分比分別為55%、25%。將該抗氧化硬質(zhì)合金材料制作成 對應(yīng)的合金刀具，具體方法為：將粒度為1ym的WC粉末、1ym的SiAlCN粉末和10ym的 NiCrAlY粉末均勻混合，在150MPa冷壓成型，于1470°C真空燒結(jié)硬質(zhì)合金刀具材料樣品。按 GB3851-83,將其加工成尺寸為21mmX6. 5mmX5. 3mm試樣，在Instron8032材料試驗機(jī)上進(jìn) 行室溫和700°C抗彎強(qiáng)度測試；再加工尺寸為10_X6. 5_X5. 3mm另一試樣，試樣表面經(jīng) 0. 5 ym金剛石研磨拋光，放入箱式電阻爐進(jìn)行700°C、4h氧化增重試驗，以及進(jìn)行室溫硬度 測試。
[0018] 實(shí)施例1至實(shí)施例3中抗氧化硬質(zhì)合金材料、傳統(tǒng)YG8硬質(zhì)合金測得的數(shù)據(jù)見表 1。 可以看出，實(shí)施例1至3中合金材料制得的刀具硬度、強(qiáng)度均高于傳統(tǒng)YG8硬質(zhì)合金制 得的樣品硬度、強(qiáng)度；而且它們在700°C抗彎強(qiáng)度降低小于4%，700°C、4h氧化增重比傳統(tǒng) YG8硬質(zhì)合金低2個數(shù)量級以上。
[0019] 表1實(shí)施例1-3抗氧化硬質(zhì)合金材料與傳統(tǒng)YG8硬質(zhì)合金性能對比測試結(jié)果
[0020]
[0021] 上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人 士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明 精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種抗氧化硬質(zhì)合金材料，所述抗氧化硬質(zhì)合金材料由以下重量百分比的組分組 成：1~20%粘結(jié)相，80%~99%硬質(zhì)相，所述粘結(jié)相為NiCrAlY合金，其特征在于：所述 硬質(zhì)相由WC和SiAlCN組成，所述WC占所述抗氧化硬質(zhì)合金材料的重量百分比為55 %~ 97%，所述SiAlCN占所述抗氧化硬質(zhì)合金材料的重量百分比為2%~25%。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗氧化硬質(zhì)合金材料，其特征在于：所述粘結(jié)相中各元素的 重量百分比為：Ni :43 ~74. 5%，Cr :20 ~43%，Al :5 ~12%，Y :0? 5 ~2%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗氧化硬質(zhì)合金材料，其特征在于：所述WC的粒度為1~ I. 5 y m，所述SiAlCN的粒度為0? 05~I y m，所述NiCrAlY的粒度為5~10 y m。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種抗氧化硬質(zhì)合金材料，所述抗氧化硬質(zhì)合金材料由以下重量百分比的組分組成：l～20％粘結(jié)相，80％～99％硬質(zhì)相，所述粘結(jié)相為NiCrAlY合金，其特征在于：所述硬質(zhì)相由WC和SiAlCN組成，所述WC占所述抗氧化硬質(zhì)合金材料的重量百分比為55％～97％，所述SiAlCN占所述抗氧化硬質(zhì)合金材料的重量百分比為2％～25％。本發(fā)明抗氧化硬質(zhì)合金材料，通過向硬質(zhì)相中加入精確含量的SiAlCN，從而與粘結(jié)相混合均勻后用于制作硬質(zhì)合金工具，這樣能夠使硬質(zhì)相具有較高的硬度和抗氧化性能，能夠提高硬質(zhì)合金工具的高溫強(qiáng)度、硬度和韌性，SiAlCN在硬質(zhì)合金工具高溫使用過程中，能夠在工具表面能夠形成致密氧化物保護(hù)膜，抗氧化溫度達(dá)到1500℃以上，并且抗硫化和抗各種介質(zhì)腐蝕。
【IPC分類】C22C29/02
【公開號】CN105063451
【申請?zhí)枴緾N201510541910
【發(fā)明人】華云峰
【申請人】蘇州西凌鉑睿特種材料有限公司
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月31日