一種大長徑比的超細晶硬質合金臺階狀棒材及制備方法技術

本發明專利技術屬于粉末冶金技術領域，特別涉及一種大長徑比的超細晶硬質合金臺階狀棒材及制備方法。所述制備方法包括以下步驟：(1)將超細碳化鎢粉末和鈷粉混合研磨得到混合料粉體；(2)將混合料粉體和由石蠟-低分子耦合劑-高分子聚合物組成的多組元粘結劑均勻混合制備出喂料；(3)將喂料在注射成形機上注射出成形坯；(4)對注射成形坯依次進行溶劑脫脂和熱脫脂；(5)燒結得到所述超細晶硬質合金臺階狀棒材。所制備的超細晶硬質合金臺階狀棒材合金孔隙率小，具有高硬度和高強度，直徑和尺寸偏差在±0.03mm。

【技術實現步驟摘要】
一種大長徑比的超細晶硬質合金臺階狀棒材及制備方法
本專利技術屬于粉末冶金
，特別涉及一種大長徑比的超細晶硬質合金臺階狀棒材及制備方法。
技術介紹
超細晶(WC晶粒度≤0.5μm)WC-Co硬質合金具有高強度、高硬度和高耐磨性，廣泛應用于機加工刀具、模具和耐磨零件，包括金屬切削刀具、拉絲和沖壓成形模具、密封環、噴嘴等領域。隨著超細晶硬質合金壓制成形-燒結技術的逐漸成熟，其后續加工工序多、難度大、成本高等問題日益突出。對于大長徑比、形狀結構復雜的整體旋轉切削刀具的制造(如硬質合金鉆頭、立銑刀、絲錐等)，由于其具有螺紋、內孔等復雜結構，無法直接通過常規粉末冶金方法得到。目前，普遍采用壓制-燒結或擠壓-燒結工藝制得超細硬質合金棒材，主要依靠后期磨削和研磨加工得到成品，其加工難度大、加工工序多、成本高昂。粉末注射成形(PIM)的主要優點在于能實現形狀復雜零件的低成本精密成形，能精確制造具有復雜形狀特征的高性能零件，如各種外部切槽、外螺紋、錐形內表面和外表面、交叉孔和盲孔等，而具有以上特征的零件均無法通過常規粉末冶金方法得到。目前，將粉末注射成形技術應用于超細晶硬質合金材料尚存在一系列問題。首先，超細硬質合金喂料強度和密度低、流動性差，其注射過程是一個非牛頓流體的非等溫、非均勻、非穩態復雜流動過程，表現出流動性差、凝固速度快，易造成型腔充填不滿，毛坯易斷裂，易出現欠注、孔洞、變形、斷裂、毛邊、夾心、密度梯度、表面缺陷和生坯單重不一等結構缺陷。其次，注射坯脫脂過程是一個精細而復雜的物理化學過程，粉末粒度影響其脫脂機制，在脫脂過程中保證脫脂坯的尺寸形狀和合理碳含量十分關鍵。最后，超細晶硬質合金燒結已經逐漸成熟，但具有高效收縮率的超細晶WC-Co合金的穩定獲得依然存在很大挑戰。如能實現超細晶硬質合金臺階狀棒材的PIM近凈成形，將產生重要的經濟效益和環境效益。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種大長徑比的超細晶硬質合金臺階狀棒材及制備方法，通過以下技術方案來實現：一種大長徑比的超細晶硬質合金臺階狀棒材的制備方法，包括以下步驟：(1)將含有晶粒長大抑制劑(0.3wt％～1.0wt％)的超細碳化鎢粉末和鈷粉按比例加入球磨筒，濕磨24h～100h，出料后真空干燥或霧化干燥，得到混合料粉體；其中超細碳化鎢粉末的BET粒度為0.15μm～0.60μm；(2)在真空捏合機中按比例先后加入步驟(1)得到的混合料粉體和蠟基粘結劑，攪拌均勻，配制成粉末裝載量為45％～57％的均勻喂料；(3)注射成形：將步驟(2)得到的喂料在注射成形機上注射出成形坯；(4)溶劑脫脂-熱脫脂：將步驟(3)得到的成形坯進行溶劑脫脂-熱脫脂，依次將溶劑和蠟基粘結劑脫除，得到脫脂坯；(5)燒結：將步驟(4)得到的脫脂坯在真空脫蠟燒結一體爐或加壓燒結爐中燒結，得到超細晶硬質合金臺階狀棒材。進一步地，所述晶粒長大抑制劑為碳化釩(VC)、碳化鉻(Cr3C2)、碳化鉭(TaC)和碳化鈮(NbC)中的一種或一種以上。進一步地，所述超細碳化鎢粉末和鈷粉的質量百分比為(96:4)～(85:15)。進一步地，所述蠟基粘結劑由石蠟、高分子聚合物和低分子耦合劑組成；各組分的構成及質量百分含量為：石蠟為泰爾硬質合金高純石蠟，占60％～70％；高分子聚合物為高密度聚乙烯、聚丙烯、低密度聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一種或一種以上，共占20％～40％；低分子耦合劑為硬脂酸、鄰苯二甲酸二辛脂和鄰苯二甲酸二丁酯中的一種或一種以上，共占5％～15％。進一步地，步驟(2)的具體操作為：a.在真空捏合機中加入高分子聚合物，每隔5min分三批次加入混合料粉體；b.分兩批次加入泰爾硬質合金高純石蠟；c.加入低分子耦合劑；混煉溫度為120～150℃，混煉時間為2～4h。進一步地，步驟(3)中，注射成形時，注射溫度為120℃～165℃，注射壓力為20MPa～120Mpa；所述成形坯尺寸為φ2.8mm×(4～10mm)/φ2.2mm×(10～26mm)。進一步地，步驟(4)中，溶劑脫脂時，溶劑為汽油或正庚烷，溶劑溫度為30℃～45℃，脫脂率為50％～68％；熱脫脂時，最高溫度和保溫時間分別為500℃～650℃、30min～120min，保護氣氛為H2、N2、Ar中的一種或一種以上。根據上述制備方法得到的一種大長徑比的超細晶硬質合金臺階狀棒材，所述大長徑比的超細晶硬質合金臺階狀棒材的合金孔隙率A02B00C00，WC晶粒度為0.20μm～0.40μm，直徑和長度尺寸偏差為±0.03mm。本專利技術的有益效果為：本專利技術克服了傳統粉末冶金模壓成形和現有粉末注射成形的不足，不僅可以用來制備大長徑比的水刀噴砂管、絲錐、銑刀等具有復雜形狀的硬質合金近凈成形產品，而且有效解決了現有技術中的喂料分布不均和尺寸控制等關鍵技術；本專利技術不僅節約了寶貴的礦產資源，而且大大降低了加工難度，具有良好的經濟效益和環境效益。附圖說明圖1：本專利技術中的一種超細硬質合金注射坯形狀示意圖，圖1中所示數值為實際模具尺寸；圖2：本專利技術實施例1中超細晶WC-10Co硬質合金棒材的微觀結構組織圖；圖3：本專利技術實施例2中超細晶WC-12Co硬質合金棒材的微觀結構組織圖。具體實施方式下面結合實施例對本專利技術的技術方案做進一步說明。實施例1一種大長徑比的超細晶WC-10Co硬質合金臺階狀棒材的制備方法：(1)將含有碳化釩(VC，0.35wt％)、碳化鉻(Cr3C2，0.45wt％)的超細碳化鎢粉末和鈷粉按比例加入球磨灌，濕磨30h，出料后真空干燥，過篩320目，得到混合料粉體；其中超細碳化鎢粉末BET粒度為0.60μm，Co含量為10％；(2)選取蠟基粘結劑的各組分構成及各組分的質量百分含量為：蠟為泰爾硬質合金高純石蠟，共占63％；高分子聚合為高密度聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物，共占30％；低分子耦合劑為硬脂酸、鄰苯二甲酸二辛脂，共占7％。(3)在真空捏合機中將步驟(2)的蠟基粘結劑與步驟(1)得到的混合料粉體進行混煉：首先加入高分子聚合物，每隔5min分三批次加入步驟(1)得到的混合料粉體，其次，分兩批次加入(2)中所述的泰爾硬質合金高純石蠟，最后加入低分子耦合劑，混煉溫度為150℃，混煉時間為3h，得到混合料粉體裝載量為49％的均勻喂料；(4)將步驟(3)得到的喂料在注射成形機上注射出成形坯，坯注射溫度為145℃，注射壓力為100MPa，成形坯尺寸為φ2.8mm×10mm/φ2.2mm×26mm；(5)將步驟(4)得到的注射坯進行溶劑脫脂-熱脫脂后得到脫脂坯。溶劑脫脂過程中，溶劑為正庚烷；溶劑溫度為40℃，其脫脂率在65％左右；熱脫脂過程中，最高溫度和其保溫時間分別為550℃、60min，保護氣氛為H2；(6)將步驟(5)得到的脫脂坯在真空氣氛燒結一體爐中燒結，得到超細晶WC-10Co硬質合金臺階狀棒材。本實施例1中的超細晶WC-10Co硬質合金臺階狀棒材的微觀結構如圖2所示，WC的晶粒度為0.29μm，合金孔隙率A02B00C00，HV10硬度為1728，抗彎強度強度為1810MPa，直徑和長度尺寸偏差為±0.03mm。實施例2一種大長徑比的超細晶WC-12Co硬質合金臺階狀棒材的制備方法：(1)將含有碳化鉻(Cr3C2，0.35wt％)本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種大長徑比的超細晶硬質合金臺階狀棒材的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)將含有晶粒長大抑制劑0.3wt％～1.0wt％的超細碳化鎢粉末和鈷粉按比例加入球磨筒，濕磨24h～100h，出料后真空干燥或霧化干燥，得到混合料粉體；其中，超細碳化鎢粉末的BET粒度為0.15μm～0.60μm；(2)在真空捏合機中按比例先后加入步驟(1)得到的混合料粉體和蠟基粘結劑，攪拌均勻，進行混煉，配制成粉末裝載量為45％～57％的均勻喂料；(3)注射成形：將步驟(2)得到的喂料在注射成形機上注射出成形坯；(4)溶劑脫脂?熱脫脂：將步驟(3)得到的注射坯進行溶劑脫脂?熱脫脂，依次將溶劑和蠟基粘結劑脫除，得到脫脂坯；(5)燒結：將步驟(4)得到的脫脂坯在真空脫蠟燒結一體爐或加壓燒結爐中燒結，得到超細晶硬質合金臺階狀棒材。

【技術特征摘要】
1.一種大長徑比的超細晶硬質合金臺階狀棒材的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)將含有晶粒長大抑制劑0.3wt％～1.0wt％的超細碳化鎢粉末和鈷粉按比例加入球磨筒，濕磨24h～100h，出料后真空干燥或霧化干燥，得到混合料粉體；其中，超細碳化鎢粉末的BET粒度為0.15μm～0.60μm；所述超細碳化鎢粉末和鈷粉的質量百分比為(90:10)～(88:12)；(2)在真空捏合機中按比例先后加入步驟(1)得到的混合料粉體和蠟基粘結劑，攪拌均勻，進行混煉，配制成粉末裝載量為45％～57％的均勻喂料；所述蠟基粘結劑由石蠟、高分子聚合物和低分子耦合劑組成；所述石蠟為泰爾硬質合金高純石蠟，占蠟基粘結劑總質量的60％～70％；所述高分子聚合物為高密度聚乙烯、聚丙烯、低密度聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一種或一種以上，共占蠟基粘結劑總質量的20％～40％；所述低分子耦合劑為硬脂酸、鄰苯二甲酸二辛脂和鄰苯二甲酸二丁酯中的一種或一種以上，共占蠟基粘結劑總質量的5％～15％；具體操作為：a.在真空捏合機中加入高分子聚合物，每隔5min分三批次加入混合料粉體；b.分兩批次加入泰爾硬質合金高純石蠟；c.加入低分子耦合劑；混煉...

【專利技術屬性】
技術研發人員：謝興鋮，林晨光，賈成廠，曹瑞軍，
申請(專利權)人：北京有色金屬研究總院，
類型：發明
國別省市：北京;11