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一种WC-Co-cBN复合硬质合金及其制备方法

阅读:1074发布:2020-06-09

专利汇可以提供一种WC-Co-cBN复合硬质合金及其制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 属于超硬 切削刀具 技术领域,涉及一种WC‑Co‑cBN复合硬质 合金 及其制备方法。所述WC‑Co‑cBN复合硬质合金的化学成分按重量百分比计为:超细/纳米WC粉70%~90%,Co粉3%~15%,晶粒 抑制剂 0.35%~0.75%,表面 镀 制了一层高温化学 稳定性 优异的金属Mo、Ni或Ti 薄膜 的cBN微粉1%~10.75%,一种选自Al、Ni、Cr、Y或其组合的球形混合粉末0.25%~5%,以上组分通过放电等离子 烧结 制备成复合硬质合金。本发明制备的合金晶粒度细小,硬度、强度、韧性高, 耐磨性 能好,可以克服干切削 热稳定性 低的困难,降低加工成本,特别适用于高性能机加工切削工具。,下面是一种WC-Co-cBN复合硬质合金及其制备方法专利的具体信息内容。

1.一种WC-Co-cBN复合硬质合金的制备方法,其特征在于,主要包括以下步骤:
(1)称量:按WC-Co-cBN复合硬质合金的配方组成称取原料;
(2)混料、球磨:将WC粉、Co粉和晶粒抑制剂混合球磨24~48h,然后加入cBN粉末,在相同的球磨参数下继续球磨2h~8h,最后加入润湿剂再球磨0.5h~2h;
其中,采用的球磨技术为滚动湿磨,球磨介质为无酒精,磨球为YG8圆球,球料比为4:
1,球磨转速为60r/min;
所述润湿剂为一种选自Al、Ni、Cr、Y或其组合的球形混合粉末,费氏粒度为1~2μm;
(3)真空干燥:温度为60~90℃,真空度为0~-0.1Pa,时间为5~10h;
(4)过筛:将真空干燥后的混合料进行过筛;
(5)压制:每次称取15g过筛后混合料置于石墨模具中,预先压制成Φ20mm×5mm的圆片;
(6)烧结:采用放电等离子烧结工艺,升温速率为80~200℃/min,烧结压为30~
40MPa,烧结温度为1000℃~1350℃,保温时间2~12min,随炉冷却;
(7)样品制备:经过适当的机加工和抛光制备得到所需试验样品;
WC-Co-cBN复合硬质合金的化学成分按重量百分比计为:纳米WC粉70%~90%,Co粉
3%~15%,晶粒抑制剂0.35%~0.75%,增硬剂cBN粉末1%~10.75%,润湿剂0.25%~
5%;
其中,纳米WC粉为基质,费氏粒度小于0.6μm;
Co粉为粘结剂,费氏粒度小于1.0μm;
所述增硬剂为粉末表面制了一层高温化学稳定性优异的金属Mo、Ni或Ti薄膜的cBN微粉,费氏粒度为1~2μm。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述晶粒抑制剂为TaC、VC、Cr3C2、TiC中的一种或几种。

说明书全文

一种WC-Co-cBN复合硬质合金及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于超硬切削刀具技术领域,具体涉及一种WC-Co-cBN复合硬质合金及其制备方法。

背景技术

[0002] cBN是硬度和热导率仅次于金刚石的材料,其硬度和热导率远高于WC,具有高耐磨性,是精加工刀具、干切削刀具、砂轮制品制备等领域的热研究材料。
[0003] 目前,cBN掺杂WC-Co硬质合金已有报道,其中,硬质合金体系中cBN的添加量均较高(体积比>20vol%),同时多采用较粗粒度cBN粉末(3μm以上),并且粘结相Co的含量都较低(<10wt%)。较粗的cBN在硬质合金致密化烧结过程不易发生相转变,cBN的粒度越细,表面越活泼,烧结过程中越倾向于发生相转变,较高的Co含量在液相烧结过程中会随着溶解-沉淀过程的出现而促进cBN向石墨态的hBN转变,这些问题对强化硬质合金的性能是不利的。
[0004] 进一步地,cBN作为增硬剂,与WC/Co润湿性差。其一,液相烧结中,cBN(热膨胀系数为2.0×10-6/℃,熔点3500K)与WC-Co(热膨胀系数为4.5×10-6/℃~7.1×10-6/℃,Co相熔点约为1600K)的液态Co相润湿性不好,直接添加易在烧结体中产生很多孔隙和界面冶金作用差,劣化复合材料的性能;其二,cBN中的与钴存在一定的亲和性,二者会反应生成钴的硼化物;其三,在常规的WC-Co液相烧结温度下(约1400℃)烧结时,超硬立方氮化硼会在Co的溶解-沉淀过程中向低硬度的六方相氮化硼颗粒转变,液相钴的出现会加速转变过程。
[0005] 目前,相关文献研究表明:通过cBN膜改性、采用固相烧结等改进措施,可以提高cBN与WC/Co间的冶金结合,保持cBN的热稳定性晶体结构状态,从而改善cBN复合硬质合金的综合性能。但是WC-Co-cBN硬质合金致密度低、cBN颗粒脱落、cBN热稳定性差等问题依然存在。
[0006] 本发明提供的WC-Co-cBN硬质合金,综合cBN改性、固相烧结、细化晶粒、添加润湿剂等方法和途径,不仅可以保持WC-Co硬质合金的高强度、高硬度和高耐磨特性,而且干切削热稳定性低的缺陷也得到改善,降低加工成本,是当前开发新型切削刀具材料的一个重要发展方向,具有极大的商业价值。

发明内容

[0007] 针对以上所述目前cBN掺杂WC-Co硬质合金存在的问题,本发明提供一种WC-Co-cBN复合硬质合金及其制备方法。
[0008] 一种WC-Co-cBN复合硬质合金,其化学成分按重量百分比计为:超细/纳米WC粉70%~90%,Co粉3%~15%,晶粒抑制剂0.35%~0.75%,增硬剂1%~10.75%,润湿剂
0.25%~5%;
[0009] 其中,超细/纳米WC粉为基质,费氏粒度小于0.6μm;
[0010] Co粉为粘结剂,费氏粒度小于1.0μm。
[0011] 所述晶粒抑制剂为TaC、VC、Cr3C2、TiC中的一种或几种。
[0012] 所述增硬剂为粉末表面镀制了一层高温化学稳定性优异的金属Mo、Ni或Ti薄膜的cBN微粉,费氏粒度为1~2μm。
[0013] 所述润湿剂为一种选自Al、Ni、Cr、Y或其组合的球形混合粉末,费氏粒度为1~2μm。
[0014] 以上所述一种WC-Co-cBN复合硬质合金,其制备方法,主要包括以下步骤:
[0015] (1)混料、球磨:将WC粉、Co粉和晶粒抑制剂混合球磨24~48h,然后加入cBN粉末,在相同的球磨参数下继续球磨2h~8h,最后加入润湿剂再球磨0.5h~2h;
[0016] 其中,采用的球磨技术为滚动湿磨,球磨介质为无酒精,磨球为YG8圆球(Φ6),球料比为4:1,球磨转速为60r/min。
[0017] (2)真空干燥:温度为60~90℃,真空度为0~-0.1Pa,时间为5~10h。
[0018] (3)过筛、压制:每次称取15g过筛后混合料置于石墨模具中,预先压制成Φ20mm×5mm的圆片。
[0019] (4)烧结:采用放电等离子烧结工艺,升温速率为80~200℃/min,烧结压力为30~40MPa,烧结温度为1000℃~1350℃,保温时间2~12min,随炉冷却。
[0020] 本发明具有以下有益效果:
[0021] 1.本发明所制备的合金,其cBN具有良好的热稳定性,不发生相变,镀膜改性和润湿剂作用效果好,使得cBN与WC/Co间的冶金作用力强,颗粒强化效果明显,有利于提高合金致密度,提高其综合力学性能。
[0022] 2.本发明提供的制备方法,采用晶粒抑制剂、固相烧结及球磨工艺,有利于抑制WC晶粒长大,保持cBN颗粒完整性,形成均匀分布的混晶结构,可以有效阻止裂纹等缺陷进一步扩展,使得合金的晶粒度细小、硬度高、强度高、韧性好、耐磨性能好。
[0023] 3.本发明制备的WC-Co-cBN硬质合金,不仅可以保持WC-Co硬质合金的高强度、高硬度、高耐磨性和高韧性,而且可以克服干切削热稳定性低的困难,降低加工成本,提高加工精度和加工效率,适用于淬硬合金、高温合金、高强球墨、复合材料等难加工材料的硬质合金切削刀具。附图说明
[0024] 图1:表面镀制有Mo薄膜的cBN粉末的扫描电镜显微结构。
[0025] 图2:润湿剂6AlY24Cr70Ni粉末的扫描电镜显微结构。
[0026] 图3:WC-12Co-cBN复合硬质合金断口扫描电镜显微结构,
[0027] 其中,a:WC、cBN晶粒分布形貌图;b:cBN颗粒形貌及界面形貌图;c:断裂裂纹形貌图。

具体实施方式

[0028] 本发明提供一种WC-Co-cBN复合硬质合金及其制备方法,所述WC-Co-cBN复合硬质合金,主要由WC粉基质、Co粉粘结剂、晶粒抑制剂、增硬剂、润湿剂组成,通过放电等离子烧结制备成复合硬质合金。下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
[0029] 实施例1:
[0030] 1)称量:按质量分数82.9%的WC粉(费氏粒度为0.4μm),12%的Co粉(费氏粒度为0.8μm),0.35%的VC粉、0.25%的Cr3C2粉,4%的表面镀Mo的cBN粉末(原始费氏粒度2μm,如图1所示),0.5%的6AlY24Cr70Ni球状粉末(如图2所示)。
[0031] 2)混料、球磨:按比例称量原料WC粉、Co粉、VC粉、Cr3C2粉加入滚动球磨罐中,球磨介质为无水酒精,磨球为YG8圆球(Φ6)球料比为4:1,球磨转速为60r/min,球磨36h;然后按比例加入表面镀Mo的cBN粉末,在相同的球磨参数下继续球磨3h;最后加入6AlY24Cr70Ni粉末,球磨1h。
[0032] 3)真空干燥:干燥温度为85℃,真空度为-0.1Pa,干燥时间为7h。
[0033] 4)过筛:将真空干燥后的混合料采用(-80)目筛进行过筛。
[0034] 5)压制:每次称取15g过筛后混合料置于石墨模具中,预先压制成Φ20mm×5mm的圆片。
[0035] 6)烧结:在放电等离子体烧结时,设定升温速率为100℃/min,烧结压力为40MPa,烧结温度为1250℃,保温时间5min,随炉冷却,其中800℃卸压至20MPa。
[0036] 7)样品制备:经过适当的机加工和抛光制备得到所需试验样品。
[0037] 本实施例制备的WC-12Co-cBN复合硬质合金,如图3所示WC-12Co-cBN复合硬质合金断口扫描电镜显微结构,cBN颗粒完整性好,界面冶金作用力强,形成均匀分布的混晶结构,可以有效阻止裂纹等缺陷进一步扩展,其WC晶粒度为0.18μm,硬度HV10为2080,致密度大于99.9%。
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