本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種梯度鈷含量的碳化鎢-鈷硬質(zhì)合金，按重量百分比計包括：WC?75wt%-90wt%；Co?6wt%-15wt%；其中所述鈷元素含量從所述硬質(zhì)合金表面到中心的含量遞增。本發(fā)明專利技術(shù)提供的硬質(zhì)合金即具有高耐磨性，又具有高韌性。本發(fā)明專利技術(shù)還提供了梯度鈷含量的碳化鎢-鈷硬質(zhì)合金的制備方法。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及硬質(zhì)合金領(lǐng)域，具體涉及一種梯度鈷含量的碳化鎢-鈷硬質(zhì)合金。
技術(shù)介紹
硬質(zhì)合金是一種由難熔金屬的硬質(zhì)化合物和粘結(jié)金屬通過粉末冶金工藝制成的一種合金材料。硬質(zhì)合金具有硬度高、耐磨、強度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等一系列優(yōu)良性能，特別是它的高硬度和耐磨性，即使在500°C的溫度下也基本保持不變，在1000°C時仍有很高的硬度。硬質(zhì)合金廣泛用作刀具材料，如車刀、銑刀、刨刀、鉆頭、鏜刀等，用于切削鑄鐵、有色金屬、塑料、化纖、石墨、玻璃、石材和普通鋼材，也可以用來切削耐熱鋼、不銹鋼、高錳鋼、工具鋼等難加工的材料。現(xiàn)在新型硬質(zhì)合金刀具的切削速度等于碳素鋼的數(shù)百倍。然后，事實上，硬質(zhì)合金的耐磨性和韌性是一對相互矛盾的性能，比如，地質(zhì)礦山用硬質(zhì)合金鉆具等這類要求表面耐磨和整體耐沖擊的硬質(zhì)合金零件，用傳統(tǒng)的均勻結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金通常不能滿足其使用工況，而硬質(zhì)合金中的脆、韌兩相含量呈梯度分布是解決此類問題的主要途徑。如將此類合金材料制備成梯度結(jié)構(gòu)，在滿足表面硬度和耐磨性使用要求的前提下，有利于降低熱應(yīng)力、抑制應(yīng)力集中、提高沖擊韌性和斷裂 韌性。傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金是以高硬度、耐高溫、耐磨的難熔金屬碳化鎢為主要成分，用金屬鈷、鎳等作粘結(jié)劑，經(jīng)粉末冶金方法燒結(jié)而成的復(fù)合材料，現(xiàn)有的鈷基硬質(zhì)合金只有一種金屬相結(jié)構(gòu)，粘結(jié)劑鈷成均勻分布，這種金相結(jié)構(gòu)的WC-Co合金雖然具有較高的硬度和抗磨性，但其韌性較差，因而易導(dǎo)致早期材料破損，影響了這種合金制品的使用壽命，因此均勻結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金通常不能滿足此種工作條件的需求。人們一直致力于研究開發(fā)功能不同的層狀復(fù)合材料，過去材料科學(xué)的研究與發(fā)展主要集中在均質(zhì)材料上，如金屬、陶瓷、高分子材料等，它們的性能在宏觀上均勻分布。 然而，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著航天技術(shù)的發(fā)展，均質(zhì)材料已無法滿足更高性能要求，如航天飛機往返大氣層過程中由于摩擦而產(chǎn)生高達2000K的高溫，而在這樣的高溫、 高壓、高磨損環(huán)境下得出梯度功能材料的概念更為重要，人們希望材料的某項性能順其組織(成分)發(fā)生緩慢變化而變化。例如，要使某一材料一面具有明顯的陶瓷或金屬陶瓷性能而另一面卻呈現(xiàn)出極強的金屬合金性能，人們可通過材料的設(shè)計、結(jié)構(gòu)控制、生產(chǎn)工藝控制及材料的后續(xù)處理制造出各種各樣強度高、韌性好、抗腐蝕、耐疲勞良好配合的，可在極為嚴(yán)峻條件下工作的材料。迄今梯度材料的已向石油、化工、光學(xué)、電學(xué)和機械工程領(lǐng)域發(fā)展并引入硬質(zhì)合金領(lǐng)域，研究開發(fā)出梯度硬質(zhì)合金材料。現(xiàn)有燒結(jié)技術(shù)通常固態(tài)燒結(jié)，但固相燒結(jié)并不可以全致密WC-Co組織，通常有 >1%體積孔隙率后殘留的固相燒結(jié)。這樣的孔隙率的水平顯著了材料的機械特性，為消除殘留的孔隙，通過利用高壓固結(jié)方法，例如熱等靜壓(HIP)或快速全向收縮(R0C)，盡管這些高壓過程完全致密化的材料，但同時也帶來了制造成本的增加，另外，材料的機械特性也并不能得到良好的改善。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題在于提供一種即具有高耐磨性，又具有高韌性的梯度鈷含量的碳化鎢-鈷硬質(zhì)合金及其制備方法。為了解決以上技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供了一種梯度鈷含量的碳化鎢-鈷硬質(zhì)合金， 按占總硬質(zhì)合金的重量百分比計包括WC 75wt%-90wt% ；Co 8wt%-25wt% ；其中所述鈷元素含量從所述硬質(zhì)合金表面到中間層的含量遞增。優(yōu)選的，所述硬質(zhì)合金表面的鈷元素含量占鈷元素總添加量的6wt9T8wt%，中間層鈷元素的含量占鈷元素總 添加量的12wt°/o-16wt%。優(yōu)選的,所述硬質(zhì)合金還包括TaC O. lwt%-0. 3wt%。本專利技術(shù)還提供了一種梯度鈷含量的碳化鎢-鈷硬質(zhì)合金的制備方法，包括a)將權(quán)利要求I所述的各組分，按照配比分散在乙醇中，得到分散液；b)將所述分散液通過球磨，混合均勻，干燥后壓制得到壓胚；c)將所述壓胚在140(Tl50(rC下進行液相燒結(jié)，得到梯度鈷含量的碳化鎢-鈷硬質(zhì)合金；其中所述鈷元素含量從所述硬質(zhì)合金表面到中間層的含量遞增。優(yōu)選的，步驟c)具體為Cl)將所述壓胚在1400°C 1450°C下進行滲碳處理，保溫30min ；c2)將步驟Cl)得到的滲碳處理后的壓胚在145(Tl500°C下液相燒結(jié)，保溫30min， 得到梯度鈷含量的碳化鎢-鈷硬質(zhì)合金；其中所述鈷元素含量從所述硬質(zhì)合金表面到中心的含量遞增。優(yōu)選的，所述各組分的質(zhì)量總和與酒精按質(zhì)量比為4:1。優(yōu)選的，所述滲碳處理和所述燒結(jié)在H2氣氛中進行。本專利技術(shù)提供了一種梯度鈷含量的碳化鎢-鈷硬質(zhì)合金，包括WC75wt%-90wt% ；Co 8wt%-25wt% ;其中所述鈷元素含量從所述硬質(zhì)合金表面到中間層的含量遞增。其中所述鈷元素含量從所述硬質(zhì)合金表面到中心的含量遞增。本專利技術(shù)提供的梯度鈷含量的碳化鎢-鈷硬質(zhì)合金，表面的鈷含量低，碳化鎢的含量高，所以具有很強的耐磨性和強度，而中間層的鈷含量較高，韌性較好，在加工和使用過程中，由于具有這種梯度鈷的含量，能夠適用于要求產(chǎn)品既具有耐磨性又具有韌性的領(lǐng)域。為了滿足上述產(chǎn)品，本專利技術(shù)提供了來制備梯度鈷含量的碳化鎢-鈷硬質(zhì)合金的方法。第一步是將原料按配比混合后，經(jīng)過球磨分散均勻后制成壓胚，進行燒結(jié)，所述燒結(jié)過程還包括先將壓胚進行滲碳處理，在燒結(jié)過程中，碳從缺少層到碳強化層，碳原子擴散引起的液相鈷流入相同的方向的擴散，由于在140(Tl50(rC下鈷為液相，碳化鎢為固液過渡相， 所以在表面液相中碳濃度梯度的作用下，分解出的W原子開始向表面遷移并與溶解于液相中的C原子結(jié)合形成WC，引起表面的WC含量增加，并在表面WC顆粒上析出使表面的WC晶粒長大。W原子向合金表面遷移留下的體積缺陷被液相鈷所填補，從而形成富鈷層，因此硬質(zhì)合金中的鈷會隨著碳的滲入從表面向中心流動，從而造成了表面和中心的鈷含量不同。 經(jīng)過滲碳處理后，再升高溫度進行燒結(jié)，然后冷卻，使硬質(zhì)合金成型，得到表面鈷含量較低，中間層鈷含量較高的梯度鈷含量的碳化鎢-鈷硬質(zhì)合金。該方法在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，增加了類似鋼材制備過程中的滲碳處理，該滲碳處理是由固體氧化鋁中游離碳的補充，使得液相鈷發(fā)生流動，使得表面的鈷含量降低，這種方法易操作，制備的硬質(zhì)合金沒有孔隙率， 機械性能好。附圖說明圖I本專利技術(shù)實施例I提供硬質(zhì)合金中從表面到中間層的鈷含量曲線圖；圖2本專利技術(shù)實施例I提供的硬質(zhì)合金的過渡層金相圖；圖3本專利技術(shù)實施例I提供的硬質(zhì)合金的中間層金相圖；圖4本專利技術(shù)實施例I提供的硬質(zhì)合金表面的金相圖。具體實施例方式為了進一步了解本專利技術(shù)，下面結(jié)合實施例對本專利技術(shù)的優(yōu)選實施方案進行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描 述只是為進一步說明本專利技術(shù)的特征和優(yōu)點而不是對本專利技術(shù)專利要求的限制。在本專利技術(shù)中，硬質(zhì)合金的表面是指距硬質(zhì)合金表面，且不包括側(cè)面；中間層是指硬質(zhì)合金沿其質(zhì)心與表面所平行的面；過渡層是表面和中間層之間的硬質(zhì)合金。本專利技術(shù)提供了一種梯度鈷含量的碳化鎢-鈷硬質(zhì)合金，按重量百分比計包括WC 75wt%-90wt% ；Co 8wt%-15wt% ；其中所述鈷元素含量從所述硬質(zhì)合金表面到中心的含量遞增。本專利技術(shù)提供的硬質(zhì)合金主要包括碳化鎢(WC)和鈷(Co)，還可以包括其他能夠增加所述硬質(zhì)合金性能的金屬元素，例如碳、硼，鎢，鑰，鉻，釩，鉭、碳化鉭、碳化鈦、鎳、鐵，以及其他服飾碳化物。其中也可以將本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種梯度鈷含量的碳化鎢-鈷硬質(zhì)合金，其特征在于，按占總硬質(zhì)合金的重量百分比計包括WC 75wt%-90wt% ；Co 8wt%-25wt% ； 其中所述鈷元素含量從所述硬質(zhì)合金表面到中間層的含量遞增。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硬質(zhì)合金，其特征在于，所述硬質(zhì)合金表面的鈷元素含量占 元素總添加量的6wt°/T8wt%，中間層鈷元素的含量占鈷元素總添加量的12wt%-16wt%。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硬質(zhì)合金，其特征在于，所述硬質(zhì)合金還包括TaC 0. lwt%-0. 3wt%。4.一種梯度鈷含量的碳化鎢-鈷硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于，包括 a)將權(quán)利要求I所述的各組分，按照配比分散在乙醇中，得到分散液； b)將所述分散液通過球磨，混合均勻，干燥后壓制得到壓胚； c)將所述壓胚在140(Tl50(rC下進行液...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王玉鵬，張帆，
申請(專利權(quán))人：株洲西迪硬質(zhì)合金科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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