一種VC?VN塑料鋼基鋼結硬質合金的制備方法技術

本發明專利技術涉及一種VC?VN塑料鋼基鋼結硬質合金的制備方法，包括如下步驟：按照比例稱量碳化鈦粉和塑料鋼基體粉，將合金粉放入球磨機中進行混合及破碎，其中添加無水乙醇為過程控制劑，球磨后將濕混合粉放入真空干燥箱中進行干燥，干燥后備用。把有機單體和引發劑加入到溶劑中制備預混液；加入提高漿料流動性和分散性的添加劑；加入催化劑和pH調節劑并攪拌均勻，得到漿料；將漿料注入注凝模抽真空或震動除氣，漿料固化成型后將坯體放入真空干燥箱中進行干燥，將干燥后的坯體在真空燒結爐中進行一體化脫膠和燒結，制備鋼結硬質合金。本發明專利技術在保證了鋼結硬質合金宏觀性能的基礎上，具有工藝簡單、成本較低、易于制備大尺寸、復雜形狀零部件的優點。

【技術實現步驟摘要】
一種VC-VN塑料鋼基鋼結硬質合金的制備方法
本專利技術涉及一種VC-VN塑料鋼基鋼結硬質合金的制備方法，屬于金屬基復合材料制備領域。
技術介紹
鋼結硬質合金是一種以陶瓷相和以鋼為粘結基體的復合材料，其性能介于普通硬質合金和鋼鐵之間，同時具有一系列其他優點，使其在許多領域得到廣泛的使用。近年來，為獲得鋼結硬質合金的一些特殊組織與性能，并緩解由于傳統硬質合金材料主要資源W、Co日益匱乏等問題，國內外對鋼結硬質合金開展了更加廣泛與深入的研究，特別是對添加不同新型硬質相的研究(如添加A1203，TiN，NbC，TiCN，TiB2，Mo2FeB2，Mo2C，Cr3C2，VC，NV等)。近年來，一些新型的硬質相鋼結合金不斷涌現。日本三菱金屬公司利用TiCN硬度較低但耐磨性很強的特點，將高速鋼粉與碳氮化鈦添加劑混合、成形、脫蠟，然后通過熱等靜壓、熱處理和精加工方法制取的TiCN基鋼結合金，具有顯微結構均勻、無偏析、合金化程度高的特點。TiN與鐵素體之間摩擦作用小，抗粘著能力比TiC的更強，自由能較小，抗氧化溫度范圍大。瑞典山特維克公司基于TiN已開發出一種新型鋼結合金CORONlTE。他們采用一種特殊工藝，將極細(約0.1微米)的TiN粉末均勻地添加在可熱處理的鋼基體中，其體積含量可從35％到60％，由于TiN粉末細且性能及其穩定，通過這種方法制得的CORONITE合金兼有硬質合金的耐磨性和高速鋼的韌性。TiB2具有耐高溫性好，密度和電阻率小，傳導性好，且金屬粘著性低及摩擦因數低，抗氧化性強等特點，被認為是一種理想的鋼結合金硬質相。因Fe與TiB2之間的固溶度低，潤濕性好，而Mo還可改善其潤濕性，故綜合TiB2與Fe、Mo的優點，制各了TiB．FeMo復合材料。日本某公司開發出一種不含有W、Co而是含Cr的M02FeB2型硼化物基復合材料KMH。此類多元硼化物基合金是采用水霧化法制備的Fe-Cr-B合金粉末、硼化物粉末和Fe、Cr、Mo、Ni等金屬粉末作原料，經濕磨混合、壓制成形和真空燒結的方法制造。除了上述新型鋼結硬質合金外，日本一些公司還利用各種不同的硬質化合物(如TiC、VC、Cr3C2、SiC、ZrC、AlN等)及其混合化合物作硬質相，以各種鋼或鐵基合金作粘結劑，研制出一些新型復合材料。同時，人們也在不斷尋求新的硬質相和新的粘結相的結合，以便開發出具有最佳組織和性能的MC型顆粒增強復合材料。在鋼結合金中，用作抗磨相的硬質顆粒碳化物種類比較多，有WC、TiC、Cr7C3、NbC、VC、SiC等陶瓷顆粒以及合金碳化物和滲碳體。MC型碳化物的熱力學穩定性由高到低的排列順序是：TiC＞NbC＞VC＞WC，其硬度的排列順序是：TiC＞VC＞WC＞NbC。我們知道，TiC與Fe相溶性差。燒結溫度高，強度比WC差，其優點是質輕，熱穩定性、摩擦性好；WC高溫與Fe相溶性不好，高溫時容易溶解于Fe中，高溫熱穩定性、熱強度差，在冷卻過程中析出從而形成橋接，惡化合金的機械性能；作為強碳化物形成元素V元素，與Ti元素類似，V也是一種非常活潑的合金元素，與C、N等元素有很強的親和力。V元素與C的親和力大于Cr元素與C的親和力，容易形成VC和V2C兩種穩定碳化物。在碳化物陶瓷中，VC的硬度最高，并且有很好的熱穩定性，是一種理想的硬質增強相。VC極為穩定，通常以細小的顆粒狀分布于合金基體中，一方面細化晶粒，提高基體合金的強度和耐磨性；另一方面，增加基體的高溫持久強度和對蠕變的抗力。VC的顯微硬度很高，達到2800MPa以上，是一種理想的特殊碳化物抗磨相。以VC為增強相的新型鋼結硬質合金，VC與Fe具有非常好的相溶性，二者接合界面好，且高溫熱穩定性、紅硬性好，是TiC、WC很好的替代增強體。VC的熔點和熱膨脹系數也在TiC和WC之間，釩在低合金高強度鋼中能形成細小碳化釩沉淀而有效促進鋼的晶粒細化與強化；碳化釩相能釘扎位錯與晶界，阻礙位錯和晶界遷移，提高鋼的強度；同時碳化釩相的存在還能提高材料的再結晶溫度和高溫性能。已有的研究表明：鋼中添加碳化釩還能提高鋼的耐磨性、耐腐蝕性、韌性、延展性和硬度以及抗熱疲勞性等綜合機械性能，并使鋼具有良好的可焊性，且起到消除夾雜物延伸等作用。因此，碳化釩在鋼中得到廣泛應用。同時，這種新型硬質合金的在汽車、冶金、礦山、建材及模具等行業可替代傳統的耐磨材料，大幅度提高零部件使用壽命，節約資源，具有良好的社會經濟效益。此外，隨著工業生產的大量需求及不可避免的人為浪費，我國乃至世界范圍內的W、Co資源已經相當貧乏，價格不斷上漲，各國都大力開展尋求W、Co的代用材料的研究開發。而我國V礦資源豐富，用V代替W在資源上具有很高的可行性。因此，研究開發VC基鋼結硬質合金無論是工程應用方面，還是在技術經濟方面都具有重大的意義。VN是一種新型的微合金化添加劑，具有更出色的合金化性能。氮化釩中的釩元素同鋼中的碳和氮起作用，生成硬的金屬碳化物和氮化物微小顆粒。這些化合物在鋼中起到細化晶粒和沉淀析出強化的作用，能夠優化鋼的性能，可明顯改善含釩微合金鋼的組織，提高鋼的強度、韌性和耐磨性、耐腐蝕性以及抗熱疲勞性，并使鋼材具備優異的可焊接性能。氮化釩合金添加劑更有利于鋼中碳化釩、氮化釩的析出，從而更有效地強化和細化晶粒。與使用釩鐵相比，氮化釩合金添加劑提高了釩的使用效率，使鋼材生產企業可以節約20%～40%的釩消耗，使鋼材用戶節約10%～15%的鋼材用量。目前制備此種材料的方法主要是粉末冶金方法，包括壓制成形、冷等靜壓成形、注射成形等，隨后進行真空燒結作為最終成形。利用壓制成形和冷等靜壓成形制備較大零件所需較大壓力而無能為力，制備復雜形狀的零部件較困難，同時對于制備陶瓷晶粒尺寸較小和含量較高的復合材料的時候，成形較困難且晶粒易長大；利用注射成形方法生產此種材料的小零部件，但此種方法不適用于較大尺寸的零部件的制備，同時此種工藝中摻雜的膠體較多，脫膠時間較長，同時坯體材料的致密度較低，不利于快速進行生產和致密度的提高；還有利用自蔓延燃燒合成反應方法制備此類材料，但制備的材料往往具有較低的致密度。一些以熱等靜壓燒結等作為最終燒結工藝，但是成本昂貴。
技術實現思路
本專利技術是針對現有的鋼結硬質合金在成形和燒結方面存在難以快速、經濟的制備晶粒尺寸較小及含量較高、較大尺寸、復雜形狀零件等方面的困難，提供一種制備大尺寸、復雜形狀且生產工藝簡單、成本較低的VC-VN塑料鋼基鋼結硬質合金的制備方法。本專利技術提供一種VC-VN塑料鋼基鋼結硬質合金的制備方法，包括以下過程：（1）按照比例稱量20～50%碳化釩粉、2～10％氮化釩粉和28～58%塑料鋼基體粉，0.03～0.3%Ce,0.05～0.3%Nb，0.1～0.8％SiMgRe，0.2～0.6％石墨粉，5～10％羰基鐵粉，將所述粉末和稀土、Nb粉末放入球磨機中進行混合及破碎，其中添加無水乙醇為過程控制劑，將混合粉放入真空干燥箱中進行干燥，干燥后備用；（2）把有機單體和引發劑加入到溶劑中制備預混液；（3）將干燥的混合粉加入到預混液中并攪拌均勻，在攪拌過程中加入體積百分數為漿料的1～3%的油酸，以提高漿料流動性和分散性；（4）加入催化劑和pH調節劑并攪拌均勻，得到漿料；將漿料注入模具并用抽真空或震動法除氣泡本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種VC?VN塑料鋼基鋼結硬質合金的制備方法，其特征在于包括如下步驟：按照比例稱量20～50%碳化釩粉、2～10％氮化釩粉和28～58%塑料鋼基體粉，0.03～0.3%?Ce,?0.05～0.3%?Nb，0.1～0.8％?SiMgRe，0.2～0.6％石墨粉，5～10％羰基鐵粉，將所述粉末和稀土、Nb粉末放入球磨機中進行混合及破碎，其中添加無水乙醇為過程控制劑，將混合粉放入真空干燥箱中進行干燥，干燥后備用；把有機單體和引發劑加入到溶劑中制備預混液；將干燥的混合粉加入到預混液中并攪拌均勻，在攪拌過程中加入體積百分數為漿料的1～3%的油酸，以提高漿料流動性和分散性；加入催化劑和pH調節劑并攪拌均勻，得到漿料；將漿料注入注凝模具并用抽真空或震動法除氣泡，漿料固化成形，反應一定的時間后脫模，即得坯體；將坯體放入真空干燥箱中進行干燥，將干燥后的坯體進行脫膠和最終的燒結。

【技術特征摘要】
1.一種VC-VN塑料鋼基鋼結硬質合金的制備方法，其特征在于包括如下步驟：按照比例稱量20～50%碳化釩粉、2～10％氮化釩粉和28～58%塑料鋼基體粉，0.03～0.3%Ce,0.05～0.3%Nb，0.1～0.8％SiMgRe，0.2～0.6％石墨粉，5～10％羰基鐵粉，將所述粉末和稀土、Nb粉末放入球磨機中進行混合及破碎，其中添加無水乙醇為過程控制劑，將混合粉放入真空干燥箱中進行干燥，干燥后備用；把有機單體和引發劑加入到溶劑中制備預混液；將干燥的混合粉加入到預混液中并攪拌均勻，在攪拌過程中加入體積百分數為漿料的1～3%的油酸，以提高漿料流動性和分散性；加入催化劑和pH調節劑并攪拌均勻，得到漿料；將漿料注入注凝模具并用抽真空或震動法除氣泡，漿料固化成形，反應一定的時間后脫模，即得坯體；將坯體放入真空干燥箱中進行干燥，將干燥后的坯體進行脫膠和最終的燒結。2.根據權利要求1所述的制備方法，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王愛華，丁家偉，丁剛，耿德英，鹿薇薇，鹿策，施孟達，陳志和，朱堅，
申請(專利權)人：丹陽惠達模具材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇,32