一种VC、TiC增强无粘结相WC基硬质合金性能的方法

摘要

本发明提供了一种VC、TiC增强无粘结相WC基硬质合金性能的方法，步骤如下：a)VC、TiC以等摩尔比的方式加入WC基体中，加料、混料过程中不可避免地会混入极少量杂质；b)利用高能球磨方法制备(W,Ti,V)C颗粒；c)将(W,Ti,V)C颗粒压制成型后直接烧结，VC、TiC在烧结过程中抑制硬质相颗粒的长大，细化晶粒，增强力学性能。本发明对无粘结相WC基硬质合金的性能改善明显，制得无粘结相WC基硬质合金不论是硬度还是断裂韧性均较未添加VC、TiC的硬质合金有较大提升，且工艺简单、可操作性强，成本较低。

说明书

技术领域

本发明涉及粉末冶金及硬质合金技术领域，具体是指一种VC、TiC增强无粘结相WC基硬质合金性能的方法。

背景技术

无粘结相硬质合金一种新型硬质合金，与传统WC-Co硬质合金相比有着更好的抛光性、更高的硬度、抗变形性及耐腐蚀性。目前，无粘结相硬质合金的研究方向主要有两个，一个是纯WC无粘结相硬质合金，另一个是含有WC与其他金属碳化物的复合式无粘结相硬质合金。

然而，WC熔点高达2900℃，在没有粘结相存在的条件下，利用传统烧结方法难以获得致密的无粘结相硬质合金。国内外大量研究表明使用更细的WC粉末可以在较低的温度条件下获得纯WC的致密烧结体。但是，更细WC晶粒也容易导致结晶粒的异常生长，添加VC、TiC等粒径抑制剂可有效抑制WC晶粒生长，从而得到性能优异的无粘结相硬质合金。但由于TiC的韧性较低，烧结体的韧性会随着TiC含量的增加而减少，因此，寻求合适的WC、VC、TiC加入量是目前研究的热点。

利用本发明调控VC、TiC的加入量，生产出的硬质合金性能优异，无论是硬度还是韧性都较未添加VC、TiC的无粘结相WC-VC-TiC硬质合金提升明显。

发明内容

本发明在于在操作简单和相对低廉的成本的基础上，提供一种VC、TiC增强无粘结相WC基硬质合金性能的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种VC、TiC增强无粘结相WC基硬质合金性能的方法，步骤如下：

a)VC、TiC以等摩尔比的方式加入WC基体中，加料、混料过程中不可避免地会混入极少量杂质；

b)利用高能球磨方法制备(W,Ti,V)C颗粒；

c)将(W,Ti,V)C颗粒压制成型后直接烧结，VC、TiC在烧结过程中抑制硬质相颗粒的长大，细化晶粒，增强力学性能。

所述无粘结相WC基硬质合金制作步骤为：

步骤1、物料混合：将WC、VC、TiC粉末按设计比例混合，且使VC、TiC的摩尔百分比相等，再加入粉末总质量的0.5％～1.5％的成型剂；

步骤2、球磨混料：湿磨，以乙醇或丙酮为介质，并采取惰性气氛保护；具体如下：将混合好的物料加入球磨罐中，将混合料与磨球按照球料比10-15:1混合(磨球为YG8硬质合金球)，按照每千克料加入800-1200ml乙醇或丙酮。密封球磨罐，先抽真空然后充入氩气，再抽真空后充入氩气，如此重复多次，然后以200rpm-400rpm的转速球磨24-72小时；

步骤3、粉末干燥及压制成型：将步骤2球磨后的粉末干燥后，以40～60MPa压力压制成型，保压；

步骤4、烧结：将步骤3制好的压坯先加热至300～600℃脱除成型剂，再加热至1600℃-1700℃烧结，并采取惰性气氛保护；具体如下：将步骤(3)制好的压坯放置于烧结炉中，通氩气烧结，先加热至300～600℃保温20-35min脱除聚乙二醇粘结剂，再1600℃-1700℃保温50-70分钟，最后随炉冷却至室温，则制得无粘结相WC-VC-TiC硬质合金。

所述成型剂为聚乙二醇。

有益效果：

本发明对无粘结相WC基硬质合金的性能改善明显，制得的硬质合金不论是硬度还是断裂韧性均较未添加VC、TiC的WC-Co硬质合金有较大提升，且工艺简单、可操作性强，成本较低。

本发明对无粘结相WC基硬质合金的性能改善明显，且工艺简单、可操作性强，成本较低。

附图说明

图1为无粘结相WC-VC-TiC硬质合金扫描电镜图片；

图2为该硬质合金压痕及裂纹图片；

图3为不同WC、VC、TiC含量，通过本发明制得的硬质合金的硬度和韧性折线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述：

实施例1

(1)将WC、VC、TiC粉末以摩尔比90：5：5混合，再加入粉末总质量的1％的聚乙二醇，物料中不可避免的会混入微量杂质；

(2将混合好的物料加入球磨罐中，将混合料与磨球按照球料比10:1混合，按照每千克料加入1000ml乙醇。密封球磨罐，先抽真空然后充入氩气，再抽真空后充入氩气，如此重复多次，然后以250rpm的转速球磨50小时；

(3)将步骤(2)球磨后的粉末干燥后，以60MPa压力压制成型，保压2min；

(4)将步骤(3)制好的压坯放置于烧结炉中，通氩气保护，先加入至500℃保温30min脱除聚乙二醇粘结剂，再加热至1650℃保温60分钟，最后随炉冷却至室温，则制得无粘结相WC-VC-TiC硬质合金。

实施例2

(1)将WC、VC、TiC粉末以摩尔比92：4：4混合，再加入粉末总质量的1％的聚乙二醇，物料中不可避免的会混入微量杂质；

(2将混合好的物料加入球磨罐中，将混合料与磨球按照球料比10:1混合，按照每千克料加入1000ml乙醇。密封球磨罐，先抽真空然后充入氩气，再抽真空后充入氩气，如此重复多次，然后以250rpm的转速球磨50小时；

(3)将步骤(2)球磨后的粉末干燥后，以40MPa压力压制成型，保压2min；

(4)将步骤(3)制好的压坯放置于烧结炉中，通氩气保护，先加入至500℃保温30min脱除聚乙二醇粘结剂，再加热至1650℃保温60分钟，最后随炉冷却至室温，则制得无粘结相WC-VC-TiC硬质合金。

实施例3

(1)将WC、VC、TiC粉末以摩尔比94：3：3混合，再加入粉末总质量的1％的聚乙二醇，物料中不可避免的会混入微量杂质；

(2将混合好的物料加入球磨罐中，将混合料与磨球按照球料比10:1混合，按照每千克料加入1000ml乙醇。密封球磨罐，先抽真空然后充入氩气，再抽真空后充入氩气，如此重复多次，然后以250rpm的转速球磨50小时；

(3)将步骤(2)球磨后的粉末干燥后，以40MPa压力压制成型，保压2min；

(4)将步骤(3)制好的压坯放置于烧结炉中，通氩气保护，先加入至500℃保温30min脱除聚乙二醇粘结剂，再加热至1650℃保温60分钟，最后随炉冷却至室温，则制得无粘结相WC-VC-TiC硬质合金。

实施例4

(1)将WC、VC、TiC粉末以摩尔比96：2：2混合，再加入粉末总质量的1％的聚乙二醇，物料中不可避免的会混入微量杂质；

(2将混合好的物料加入球磨罐中，将混合料与磨球按照球料比10:1混合，按照每千克料加入1000ml乙醇。密封球磨罐，先抽真空然后充入氩气，再抽真空后充入氩气，如此重复多次，然后以250rpm的转速球磨50小时；

(3)将步骤(2)球磨后的粉末干燥后，以40MPa压力压制成型，保压2min；

(4)将步骤(3)制好的压坯放置于烧结炉中，通氩气保护，先加入至500℃保温30min脱除聚乙二醇粘结剂，再加热至1650℃保温60分钟，最后随炉冷却至室温，则制得无粘结相WC-VC-TiC硬质合金。

实施例5

(1)将WC、VC、TiC粉末以摩尔比98：1：1混合，再加入粉末总质量的1％的聚乙二醇，物料中不可避免的会混入微量杂质；

(2将混合好的物料加入球磨罐中，将混合料与磨球按照球料比10:1混合，按照每千克料加入1000ml乙醇。密封球磨罐，先抽真空然后充入氩气，再抽真空后充入氩气，如此重复多次，然后以250rpm的转速球磨50小时；

(3)将步骤(2)球磨后的粉末干燥后，以40MPa压力压制成型，保压2min；

(4)将步骤(3)制好的压坯放置于烧结炉中，通氩气保护，先加入至500℃保温30min脱除聚乙二醇粘结剂，再加热至1650℃保温60分钟，最后随炉冷却至室温，则制得无粘结相WC-VC-TiC硬质合金。

对制得的硬质合金进行打磨抛光，利用全自动维氏硬度仪测量其硬度和韧性，载荷均为10kg。如图2所示，压痕成规则的菱形，且四角均有向外延伸的裂纹，利用公式K_IC＝0.203×HV×a²×c^-1/2(a：对角线长度之和的一半(mm)，c：对角线和裂纹长度之和的一半(mm))计算其断裂韧性。利用扫描电镜对硬质合金晶粒进行观察。

细化硬质合金的晶粒，减小硬质相尺寸，可以增大硬质相晶粒表面积，增强晶粒间的结合力，可提高硬质合金的硬度、韧性、耐磨性、抗弯强度和抗崩刃性。VC、TiC的加入均能细化WC晶粒，起到细晶强化的作用，由扫描电镜图片(图1)可以看出该方法制得的硬质合金晶粒在微纳米级别。由图3可得添加VC、TiC后的硬质合金其硬度和韧性均较未添加VC、TiC的WC-Co硬质合金有较大提升，其维氏硬度最高达到2020HV，利用压痕法测得其断裂韧性最高达到6.56Mpa m^1/2。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。