【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及粉末冶金，具體為一種耐磨納米wc硬質(zhì)合金的制備方法。
技術(shù)介紹
1、納米wc硬質(zhì)合金具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、優(yōu)異的耐磨性、良好的導(dǎo)熱性和耐腐蝕性因此成為極端工作環(huán)境中的首選材料，已被廣泛應(yīng)用于切削工具、航空航天、軸承、石油鉆井和發(fā)動機柱塞等領(lǐng)域，成為切削和耐磨部件不可或缺的材料。
2、值得注意的是，迄今為止，硬質(zhì)合金的工業(yè)生產(chǎn)仍依賴于co作為粘結(jié)相，以促進燒結(jié)性和改善機械性能。然而，傳統(tǒng)的wc-co硬質(zhì)合金(1-10μm)無法同時兼顧高硬度和高韌性。隨著難加工材料的不斷涌現(xiàn)，對硬質(zhì)合金的使用要求也越來越嚴格，從而限制了硬質(zhì)合金的應(yīng)用范圍，硬質(zhì)合金晶粒大小和粘結(jié)相含量通常決定了硬質(zhì)合金的性能，根據(jù)材料固化理論，納米級晶粒可通過增加晶粒間的表面接觸區(qū)域來提高晶界密度，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的材料性能，盡管對納米級硬質(zhì)合金進行了大量研究，但仍有一些問題亟待解決。首先，當(dāng)wc晶粒達到納米尺度時，co粘結(jié)相的平均自由程減小，導(dǎo)致材料硬度高、斷裂韌性低，這種脆性材料在頻繁的滑動摩擦作用下，表面容易出現(xiàn)裂紋和結(jié)構(gòu)分層，導(dǎo)致摩擦層破壞；其次，亞穩(wěn)態(tài)wc晶粒具有很高的表面活性，對燒結(jié)溫度極為敏感，在提高硬質(zhì)合金燒結(jié)致密性的同時，控制作為粘結(jié)相的co的納米晶粒不均勻生長極為困難。此外，在高溫摩擦過程中，co相容易軟化并從合金表面剝離，從而加速表面磨損，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計、添加晶粒生長抑制劑、創(chuàng)新粘合劑以及選擇合適的燒結(jié)工藝和技術(shù)似乎能夠改變這種局面。與更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計相比，后者能更直接地改善材料性能，過渡元素碳化物和稀土元素通常用作晶粒長大抑制劑
3、申請公布號cn109797333a的專利技術(shù)專利公開了一種納米晶或超細晶wc基硬質(zhì)合金及其制備方法與應(yīng)用，大量且種類繁多的抑制劑，增加了材料中脆性相的生成；申請公布號cn117385248a的專利技術(shù)專利公開了一種超粗晶wc-co硬質(zhì)合金及其制備方法，以co作為粘結(jié)相，同時添加ce和y稀有金屬以及tac、nbc等抑制劑，制備出的wc硬質(zhì)合金斷裂韌性高達22.8mpa·m1/2，但這卻大大降低了硬度值，維氏硬度僅為1276.9mpa。通過添加額外的晶粒生長抑制劑雖能抑制晶粒的異常生長，但給材料在使用過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性帶來了一定風(fēng)險。因此，能夠抑制異常晶粒生長并改善材料性能的添加劑已成為研究的首要目標。
4、值得注意的是，高熵合金(heas)突破了傳統(tǒng)的合金設(shè)計理念，因其優(yōu)異的性能而備受關(guān)注。heas可通過碳化物之間的吸附作用形成一層薄膜，結(jié)合滯后擴散效應(yīng)，阻礙原子從液相析出到固相表面以及wc的溶解，從而細化晶粒并形成均勻的微觀結(jié)構(gòu)，細晶粒通常比粗晶粒具有更高的耐磨性，但由于前者的粒斷裂韌性較低，因此在較高的外加載荷下更容易斷裂，具有單相面心立方結(jié)構(gòu)(fcc)的cocrfen?i由于具有更多的滑移系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通常表現(xiàn)出優(yōu)異的延展性和斷裂韌性。因此，添加cocrfen?i來調(diào)節(jié)納米硬質(zhì)合金的高硬度和低斷裂韌性之間的矛盾，以提高其耐磨性是可行的。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)提供了一種耐磨納米wc硬質(zhì)合金的制備方法，以緩解納米硬質(zhì)合金高硬度和低韌性之間的矛盾以及傳統(tǒng)wc-co硬質(zhì)合金在摩擦過程中粘結(jié)相軟化造成的材料表面裂紋、結(jié)構(gòu)變形、材料剝落和結(jié)構(gòu)分層而導(dǎo)致的摩擦層破壞的問題。
2、為實現(xiàn)以上目的，本專利技術(shù)通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：
3、一種耐磨納米wc硬質(zhì)合金的制備方法，包括以下步驟：
4、s1、將wc粉、co粉以及機械合金化法制備的cocrfen?i高熵合金粉通過聲學(xué)共振混合均勻，即可得到硬質(zhì)合金粉末；
5、s2、將混合均勻的硬質(zhì)合金粉末裝入石墨模具中，預(yù)壓后進行兩步升溫式放電等離子燒結(jié)，保溫結(jié)束后，隨爐冷卻即可得到一種耐磨納米wc硬質(zhì)合金。
6、優(yōu)選的，s1中、所述wc粉末的粒度為200nm，純度≥99.9％，wc粉的重量含量百分為88-90wt％，co粉末的粒度為1μm，純度≥99.9％，co粉的重量含量百分為8.5-9.5wt％，cocrfen?i高熵合金粉由機械合金化法制備，平均粒度2～3μm，其相結(jié)構(gòu)由單相fcc結(jié)構(gòu)組成，cocrfen?i高熵合金粉的粉重量含量百分為0.5-2.5wt％。
7、優(yōu)選的，s1中、聲學(xué)共振混料時，加入直徑為1mm、3mm和5mm的硬質(zhì)合金磨球，不同直徑磨球質(zhì)量比為3:2:1，球料質(zhì)量比為3:1～9:1，振動頻率60±5hz，混合加速度60±10g，其中混合速度中的g為重力加速，聲學(xué)共振10-15min，對混料罐進行水冷降溫，重復(fù)五次，聲學(xué)共振混料時通氬氣保護，氬氣的純度大于99％。
8、優(yōu)選的，s2中、電等離子燒結(jié)溫度為1200-1300℃，其中燒結(jié)壓力為35-45mpa，燒結(jié)時間為15-25min。
9、優(yōu)選的，s2中、預(yù)壓成坯時施加壓力大小為5～10mpa，壓制10～15min得到壓坯；所用石墨模具的內(nèi)徑為15mm，壁厚8mm，高度為43mm。
10、優(yōu)選的，s2中、所述兩步升溫式放電等離子燒結(jié)的條件如下：將燒結(jié)室抽真空小于10pa，以100℃/min升溫至750～850℃，再以80℃/min升溫至1200～1300℃，在此期間燒結(jié)壓力保持35～45mpa，保溫15～25min，隨爐冷卻后即可得到一種耐磨納米wc硬質(zhì)合金。
11、本專利技術(shù)提供了一種耐磨納米wc硬質(zhì)合金的制備方法。具備以下有益效果：
12、1、本專利技術(shù)針對亞穩(wěn)態(tài)納米wc硬質(zhì)合金高硬度和低韌性性能之間的矛盾，通過添加具有更多滑移系的單相fcc結(jié)構(gòu)的cocrfen?i來提高材料的韌性，通過heas抑制晶粒生成效果能夠顯著抑制對燒結(jié)溫度極為敏感的納米wc晶粒的異常生長；通過heas遲滯擴散效應(yīng)以及控制cr2o3的生成量能夠在材料內(nèi)部形成合理的孔隙設(shè)計，進而能夠緩解硬質(zhì)合金在摩擦過程中的應(yīng)力集中，有效避免了材料擠壓變形、開裂及結(jié)構(gòu)分層的現(xiàn)象，在摩擦過程中產(chǎn)生的磨屑能夠通過表面孔隙有效儲存，降低了磨屑對材料表面的二次磨損；結(jié)合材料內(nèi)部生成的超硬cr2o3顆粒彌散強化能夠顯著減少材料表面的磨損，進而達到顯著提高材料耐磨性的目的。
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1.一種耐磨納米WC硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐磨納米WC硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于：S1中、所述WC粉末的粒度為200nm，純度≥99.9％，WC粉的重量含量百分為88-90wt％，Co粉末的粒度為1μm，純度≥99.9％，Co粉的重量含量百分為8.5-9.5wt％，CoCrFeNi高熵合金粉由機械合金化法制備，平均粒度2～3μm，其相結(jié)構(gòu)由單相FCC結(jié)構(gòu)組成，CoCrFeNi高熵合金粉的粉重量含量百分為0.5-2.5wt％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐磨納米WC硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于，S1中、聲學(xué)共振混料時，加入直徑為1mm、3mm和5mm的硬質(zhì)合金磨球，不同直徑磨球質(zhì)量比為3:2:1，球料質(zhì)量比為3:1～9:1，振動頻率60±5Hz，混合加速度60±10g，其中混合速度中的g為重力加速，聲學(xué)共振10-15min，對混料罐進行水冷降溫，重復(fù)五次，聲學(xué)共振混料時通氬氣保護，氬氣的純度大于99％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐磨納米WC硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于：S2中、電
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐磨納米WC硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于，S2中、預(yù)壓成坯時施加壓力大小為5～10MPa，壓制10～15min得到壓坯；所用石墨模具的內(nèi)徑為15mm，壁厚8mm，高度為43mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐磨納米WC硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于，S2中、所述兩步升溫式放電等離子燒結(jié)的條件如下：將燒結(jié)室抽真空小于10Pa，以100℃/min升溫至750～850℃，再以80℃/min升溫至1200～1300℃，在此期間燒結(jié)壓力保持35～45MPa，保溫15～25min，隨爐冷卻后即可得到一種耐磨納米WC硬質(zhì)合金。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種耐磨納米wc硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐磨納米wc硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于：s1中、所述wc粉末的粒度為200nm，純度≥99.9％，wc粉的重量含量百分為88-90wt％，co粉末的粒度為1μm，純度≥99.9％，co粉的重量含量百分為8.5-9.5wt％，cocrfeni高熵合金粉由機械合金化法制備，平均粒度2～3μm，其相結(jié)構(gòu)由單相fcc結(jié)構(gòu)組成，cocrfeni高熵合金粉的粉重量含量百分為0.5-2.5wt％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐磨納米wc硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于，s1中、聲學(xué)共振混料時，加入直徑為1mm、3mm和5mm的硬質(zhì)合金磨球，不同直徑磨球質(zhì)量比為3:2:1，球料質(zhì)量比為3:1～9:1，振動頻率60±5hz，混合加速度60±10g，其中混合速度中的g為重力加速，聲學(xué)共振10-15min，對混料罐進行水冷...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：康克家，張慶，于波，朱文浩，吳蘭，趙晨昊，
申請(專利權(quán))人：河南工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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