铬钒钨复式碳化物强韧化WC-Ni硬质合金的制备方法

技术领域

本发明涉及硬质合金制备技术领域，具体是一种微量添加铬钒钨复式碳化物粉末增强 WC-Ni硬质合金力学性能的方法。

背景技术

传统WC-Co硬质合金具有较高的硬度、强度和耐磨性能，但其耐腐蚀性较差，难以适应硬质合金密封环在酸、碱、盐等腐蚀性环境下的苛刻使用工况条件。国内外硬质合金密封环材质大多采用WC-Ni体系，这是因为Ni比Co具有更好的耐蚀性，而且有利于缓解Co资源短缺的问题。然而，由于Ni和Co对硬质相WC的冶金反应机理不同，WC-Ni合金体系容易出现WC硬质相异常长大和粘结相聚集(即出现“Ni池”)，从而导致WC-Ni硬质合金在整体力学性能上低于WC-Co硬质合金。因此，必须开发新一代高性能WC-Ni硬质合金，提升我国机械密封行业的整体技术水平。

目前，硬质合金业界公认VC和Cr

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种铬钒钨复式碳化物强韧化WC-Ni硬质合金的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：铬钒钨复式碳化物强韧化WC-Ni硬质合金的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1：制备Cr

S2：球磨混合，将硬质合金原料粉末装入硬质合金球磨罐中，加入酒精和硬质合金磨球进行球磨混合36～48h，球磨转速为50～80r/min。所述硬质合金原料粉末包括硬质相粉末、Cr

S3：压制成型，将步骤S2制备的球磨混合料放入烘箱，在60～80℃下干燥2～4h，然后掺入成型剂制粒；将粒料放入模具中压制成型获得硬质合金压坯，所述成型剂占球磨混合料总质量的1％～2％，所述成型剂包括石蜡、橡胶、聚乙二醇，也可以采用其他常见的成型剂；

S4：低压烧结，将步骤S3制备的硬质合金压坯放入低压烧结炉中，在真空气氛中以3～5℃ /min升温速率加热，然后在300～400℃保温0.5～1h脱除成型剂，在1150～1220℃进行固相烧结0.5～1h，最后升温至1400～1450℃烧结保温1～1.5h，在保温结束前的0.5～1h通入4～5MPa的 Ar气体进行压力烧结，最后随炉冷却，得到WC-Ni硬质合金。

在Cr

WC-Ni硬质合金主要有WC和Ni两相组成，为了保持合金高硬度，硬质相WC的含量一般维持在90％左右。WC含量越高，合金脆性越大，高硬度硬质合金的WC含量上限一般为94％。WC含量减少，合金硬度减少，耐磨性会显著降低，所以为了保持合金的高耐磨性， WC含量一般不能低于85％。因此，Ni粉末占硬质合金原料粉末总质量的比例为6～15％。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过在WC-Ni硬质合金中微量添加Cr

2、本发明通过高能球磨制粉及硬质合金低压烧结技术，仅需0.6wt％(重量含量百分数) 以内的微量添加Cr

3、本发明硬质合金制备方法中球磨混合、压制成型、低压烧结均沿用传统硬质合金生产工艺，除Cr

具体实施方式

铬钒钨复式碳化物强韧化WC-Ni硬质合金的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

S1：制备Cr

S2：球磨混合，将硬质合金原料粉末装入硬质合金球磨罐中，加入酒精和硬质合金磨球进行球磨混合36～48h，球磨转速为50～80r/min。硬质合金原料粉末包括硬质相粉末、Cr

S3：压制成型，将步骤S2制备的球磨混合料放入烘箱，在60～80℃下干燥2～4h，然后掺入成型剂制粒；将粒料放入模具中压制成型获得硬质合金压坯，成型剂占球磨混合料总质量的1％～2％，成型剂包括石蜡、橡胶、聚乙二醇，也可以采用其他常见的成型剂；

S4：低压烧结，将步骤S3制备的硬质合金压坯放入低压烧结炉中，在真空气氛中以3～5℃ /min升温速率加热，然后在300～400℃保温0.5～1h脱除成型剂，在1150～1220℃进行固相烧结0.5～1h，最后升温至1400～1450℃烧结保温1～1.5h，在保温结束前的0.5～1h通入4～5MPa的Ar气体进行压力烧结，最后随炉冷却，得到WC-Ni硬质合金。

实施例1：

步骤1：称取Cr

步骤2：称取45Cr

本实施例所制备的WC-11Ni硬质合金的抗弯强度为2835MPa，维氏硬度为1671MPa，断裂韧性为15.10MPa.m

实施例2：

步骤1：称取Cr

步骤2：称取35Cr

本实施例所制备的WC-6Ni硬质合金的抗弯强度为2520MPa，维氏硬度为1530MPa，断裂韧性为14.34MPa.m

实施例3：

为了更直观比较添加Cr

实施例4：

是两种商用单一组元粉末(Cr

实施例5：

是添加50Cr

实施例6：

是普通球磨制备45Cr

实施例7：

是真空烧结的对比例，合金成分与实施例1相同，工艺条件与实施例1的区别在于“烧结阶段没有通入Ar气体”，其他工艺条件与实施例1保持一致；得到表1。

表1添加Cr

从表1可以看出，实施例1在微量添加了Cr

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。