铬钒钨复式碳化物强韧化WC-Ni硬质合金的制备方法
文献发布时间:2023-06-19 15:33:48
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。
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