制備WC?Co系硬質合金材料的方法技術

本發明專利技術涉及制備WC?Co系硬質合金材料的方法，其包括將WC粉置于加熱爐中，溶解后加入Co粉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液；將合金液滴落至高速旋轉的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶；將合金帶浸泡在鹽酸中，然后洗滌、干燥；裁剪干燥后的合金帶，再球磨，得到合金粉；將上述合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機擠壓成型，再進行熱處理；將熱處理后的硬質合金與液體混合配制成金屬粉漿料造粒制成粉末。本發明專利技術通過旋轉的紫銅輪將合金液甩出，可使合金液快速冷卻，保證金屬在高溫階段停留時間較短，合金元素來不及擴散，從而細化組織，降低偏析；同時，將WC?Co合金粉進行熱壓燒結和熱處理，可獲得較高的硬度和強度的硬質合金材料。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及制備WC-Co系硬質合金材料的方法。
技術介紹
礦山、煤炭和石油鉆探用硬質合金的用量很大，這些鑿巖用硬質合金工具由于技術的限制，多年來變化很小，且這些變化無非是通過精度控制合金純凈度和粘結相組成等。目前礦用硬質合金工具主要采用WC-Co合金。一般情況下，鉆井用、煤炭開采用和瀝青切割用沖擊式鉆頭上的合金組成為WC和6—11%Co，而不同用途的合金，因為某些性能的提高導致另一些性能的降低。如高耐磨合金通常韌性不好，反之，韌性好的合金耐磨性不佳。降低Co含量和提高硬度可減少合金磨損，而增加Co含量和加大WC晶粒度可提高沖擊韌性。目前，WC-Co合金的制備可采用層壓法、燒結等工藝，通過這些工藝制備的WC-Co硬質合金的WC晶粒呈連續分布，且具有Co相梯度的合金，細晶一側具有較高的硬度，粗晶一側具有一定的抗彎強度；在燒結時，Co相從粗晶一側遷移至細晶側，其硬度和強度還不夠。隨著自然資源的不斷開發與應用，對礦山用硬質合金的要求越來越高，不僅需要較高強度、較好硬度的硬質合金工具。
技術實現思路
針對上述技術問題，本專利技術提供一種可制備硬度較大、強度較高的制備WC-Co系硬質合金材料的方法。本專利技術采用的技術方案為：制備WC-Co系硬質合金材料的方法，其包括以下步驟：（1）將WC粉置于加熱爐中，溶解后加入Co粉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液；（2）將合金液滴落至高速旋轉的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶；（3）將合金帶浸泡在鹽酸中，然后洗滌、干燥；（4）裁剪干燥后的合金帶，再球磨，得到合金粉；（5）將上述合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機擠壓成型，得到硬質合金材料；（6）再對上述硬質合金材料進行燒結和熱處理；（7）將熱處理后的硬質合金與液體混合，并加入有機粘合劑攪拌均勻，配制成金屬粉漿料；（8）再將漿料通過噴霧造粒機制成粉末。作為優選，在WC粉和Co粉中，Co占5—10%。作為優選，熱壓燒結時，先以280—320℃的溫度燒結20—30s，然后以500—600℃溫度燒結40—60s，再以650—700℃溫度燒結20—30s。作為優選，熱處理依次采用固溶、冷壓變形和時效處理。作為優選，固溶處理的溫度為650—700℃，時間為10—12min；冷壓變形處理的冷壓變形量為30—35%；時效處理的溫度為300—350℃，時間為2—3h。作為優選，擠壓成型在保護氣氛中進行，壓力為1000—1200MPa。作為優選，球磨時間為18—22h，球料比為4.5：1。作為優選，所述液體采用蒸餾水或去離子水，且硬質合金與液體的質量比為（2.5—3）：1；所述有機粘合劑采用金屬造粒劑，其加入量為硬質合金質量的2—4%。作為優選，所述噴霧造粒機采用離心噴霧造粒機，離心噴霧造粒機的轉速為5000—8000轉/分。作為優選，所述噴霧造粒機干燥空氣的進口溫度為250—350℃、出口溫度為100—150℃；干燥空氣的流量為100—200Nm3/h；進料速度為10—20kg/h。從以上技術方案可知，本專利技術通過旋轉的紫銅輪將合金液甩出，可使合金液快速冷卻，保證金屬在高溫階段停留時間較短，合金元素來不及擴散，從而細化組織，降低偏析；同時，將WC-Co合金粉進行熱壓燒結和熱處理，可獲得較高的硬度和強度的硬質合金材料。具體實施方式下面將詳細說明本專利技術，在此本專利技術的示意性實施例以及說明用來解釋本專利技術，但并不作為對本專利技術的限定。制備WC-Co系硬質合金材料的方法，其包括以下步驟：以WC、Co粉為原料，并按Co的含量為5—10wt%配料；然后將WC粉置于感應加熱爐中，溶解后加入Co粉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液；將合金液滴落至高速旋轉的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶；將合金帶浸泡在10%的鹽酸中數分鐘，以除去合金帶表面的氧化層，并經多次蒸餾水漂洗和無水乙醇清洗后，再在真空干燥箱內烘干；裁剪干燥后的合金帶，再球磨，得到合金粉；球磨時間為18—22h，球料比為4.5：1。將上述合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機擠壓成型，得到硬質合金材料；在擠壓過程中，模具中的金屬粉末處除受到擠壓機沖頭的正壓力外，還受到模具壁的側壓力和摩擦力的作用；隨著沖頭的移動，模具中的粉末被逐漸壓實，從而通過模具擠出。為了防止金屬氧化，擠壓成型在保護氣氛下進行，壓力采用1000—1200MPa，這樣可獲得致密度較高的的材料，且性能分布均勻，生產率高；接著對上述擠壓成型獲得的硬質合金材料進行燒結，燒結分三階段進行，先以280—320℃的溫度燒結20—30s，然后以500—600℃溫度燒結40—60s，再以650—700℃溫度燒結20—30s；第一階段屬于燒結準備階段，為進一步地燒結凈化環境；第二階段隨著溫度的升高，合金物質顆粒之間開始形成燒結頸，并相互結合，顆粒表面氧化物發生還原反應，從而繼續參與燒結，顆粒間的結合封閉了相互之間的空隙；第三個階段的燒結溫度更高，顆粒間的燒結頸進一步長大，更多的顆粒得到合并，燒結體得到進一步收縮、球化，從而提高制備材料的強度和硬度。對上述粉末冶金材料進行熱處理；熱處理依次采用固溶、冷壓變形和時效處理；固溶處理的溫度為650—700℃，時間為10—12min，這樣可控制鎳、鋁在銅基體中的固溶度及晶粒大小；固溶溫度過高，會導致晶粒粗大，降低合金強度；固溶溫度過低，晶粒雖較小，但會導致后續時效處理難以發揮強化合金的作用。作為優選，冷壓變形處理的冷壓變形量為30—35%；時效處理前對合金進行冷加工變形，可使合金呈現形變強化和時效強化的雙重效果；時效處理的溫度為300—350℃，時間為2—3h；時效處理可析出第二相，產生彌散強化。熱處理后的硬質合金與液體混合，并加入金屬造粒劑攪拌均勻，配制成金屬粉漿料；再將漿料通過離心噴霧造粒機制備金屬粉末。實施例1將95wt%WC粉置于感應加熱爐中，溶解后加入5wt%Co粉，WC、Co粉的粒徑為3—6μm，Co粉的粒徑為0.5—0.8μm，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液；將合金液滴落至高速旋轉的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶；將合金帶浸泡在10%的鹽酸中數分鐘，并經多次蒸餾水漂洗和無水乙醇清洗后，再在真空干燥箱內烘干；然后裁剪干燥后的合金帶，再采用4.5：1的球料比球磨18h，得到合金粉；將合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機采用1000MPa的壓力擠壓成型，得到硬質合金材料，接著以280℃的溫度燒結30s，然后以500℃溫度燒結60s，再以650℃溫度燒結30s；隨后以650℃固溶處理12min；接著冷壓變形處理，冷壓變形量為30%；最后以300℃時效處理3h，得到WC-Co硬質合金材料；接著將硬質合金與蒸餾水混合，且硬質合金與蒸餾水的質量比為2.5：1，并加入硬質合金質量的2%金屬造粒劑攪拌均勻，配制成金屬粉漿料；再將漿料通過離心噴霧造粒機進行造粒，其中噴霧造粒機干燥空氣的進口溫度為250℃、出口溫度為100℃、干燥空氣的流量為100Nm3/h、進料速度為10kg/h，離心噴霧造粒機的轉速為5000轉/分，從而獲得金屬粉末。測得該材料的硬度為54.3HRC，剪切強度為627.1MPa。實施例2將92wt%WC粉置于感應加熱爐中，溶解后加入8wt%Co粉，WC、Co粉的粒徑為3—6μm，Co粉的粒徑為0.5—0.8μm本文檔來自技高網...

【技術保護點】
制備WC?Co系硬質合金材料的方法，其包括以下步驟：（1）將WC粉置于加熱爐中，溶解后加入Co粉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液；（2）將合金液滴落至高速旋轉的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶；（3）將合金帶浸泡在鹽酸中，然后洗滌、干燥；（4）裁剪干燥后的合金帶，再球磨，得到合金粉；（5）將上述合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機擠壓成型，得到硬質合金材料；（6）再對上述硬質合金材料進行燒結和熱處理；（7）將熱處理后的硬質合金與液體混合，并加入有機粘合劑攪拌均勻，配制成金屬粉漿料；（8）再將漿料通過噴霧造粒機制成粉末。

【技術特征摘要】
1.制備WC-Co系硬質合金材料的方法，其包括以下步驟：（1）將WC粉置于加熱爐中，溶解后加入Co粉，待溶清后撈凈浮渣，得到合金液；（2）將合金液滴落至高速旋轉的紫銅輪表面甩出，冷卻得到合金帶；（3）將合金帶浸泡在鹽酸中，然后洗滌、干燥；（4）裁剪干燥后的合金帶，再球磨，得到合金粉；（5）將上述合金粉置于擠壓模具中，再通過擠壓機擠壓成型，得到硬質合金材料；（6）再對上述硬質合金材料進行燒結和熱處理；（7）將熱處理后的硬質合金與液體混合，并加入有機粘合劑攪拌均勻，配制成金屬粉漿料；（8）再將漿料通過噴霧造粒機制成粉末。2.根據權利要求1所述制備WC-Co系硬質合金材料的方法，其特征在于：在WC粉和Co粉中，Co占5—10%。3.如權利要求1所述制備WC-Co系硬質合金材料的方法，其特征在于：熱壓燒結時，先以280—320℃的溫度燒結20—30s，然后以500—600℃溫度燒結40—60s，再以650—700℃溫度燒結20—30s。4.如權利要求1所述制備WC-Co系硬質合金材料的方法，其特征在于：熱處理依次采用固溶、冷壓變形和時效處理。5.如權利要求4所述制備WC-Co系硬質合金材...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李祥明，田源，李賢良，
申請(專利權)人：柳州增程材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：廣西;45