本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種NiAl合金化粘結(jié)相的抗高溫磨損硬質(zhì)合金，硬質(zhì)相為WC和/TiC，粘結(jié)相為NiAl合金化的Co和/Fe，體積百分比為10～40%；制備包括：按Ni-50at.%Al的成分比例，把0.03～21.04wt%鎳粉和鋁粉，與碳化物粉末混合均勻；置于石墨容器中鋪平，非氧化性氣氛下，升溫加熱至660～1300℃，保溫，然后自然冷卻，獲得碳化物與NiAl的混合物；碾磨、破碎、過篩，獲得混合粉末；400±50℃的氫氣氛下脫氧預(yù)處理；將45.77-96.34wt%的混合粉末，與余量的Co和/Fe粉末濕磨；濕磨混合料噴霧干燥、壓制；壓坯1350～1550℃低壓液相燒結(jié)獲得抗高溫磨損硬質(zhì)合金。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉 及一種硬質(zhì)合金材料及其制備方法，特別是一種通過粉末冶金技術(shù)制備以硬質(zhì)相為基體、NiAl合金化的Co和/Fe為粘結(jié)相的高耐磨性的硬質(zhì)合金及其制備方法。
技術(shù)介紹
硬質(zhì)合金由于其高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性和高紅硬性，被廣泛地用作切削刀具、礦山工具和耐磨零件等。現(xiàn)有的硬質(zhì)合金材料主要是由基體WC和粘結(jié)相Co金屬組成。由于Co對WC的潤濕性好使其室溫綜合力學(xué)性能好，但Co屬于戰(zhàn)略資源，價格較為昂貴，且其在高溫條件下容易出現(xiàn)軟化、氧化、高溫腐蝕等情況使得普通硬質(zhì)合金材料在高溫條件下出現(xiàn)易磨損而出現(xiàn)失效的情況。因而，在一定程度上限制了以Co作為粘結(jié)相的硬質(zhì)合金的應(yīng)用。B2結(jié)構(gòu)長程有序的NiAl金屬間化合物具有高熔點(diǎn)(1638°C)、低密度(5. 9g/cm3)、高抗腐蝕和氧化性、高熱導(dǎo)率等一系列優(yōu)異的高溫性能，有望成為一種新型高溫結(jié)構(gòu)材料，在工程方面有很多潛在的應(yīng)用，如汽車渦輪增壓器、高溫模具、爐夾具、渦輪、切割工具、活塞閥門以及內(nèi)燃機(jī)內(nèi)各種組件等。其使用溫度可望達(dá)到1250°C，但是NiAl的常溫塑性小，斷裂韌性低，嚴(yán)重限制了其實用化的運(yùn)用。通過添加改性元素可以改善NiAl金屬間化合物的室溫韌、塑性，如中國專利“一種Co改性的NiAl-Cr(Mo)雙相共晶金屬間化合物”(授權(quán)公告號CN100510138C，授權(quán)公告日2009年7月8日)和“Fe改性的NiAl-Cr(Mo)多相共晶結(jié)構(gòu)金屬間化合物”(授權(quán)公告號CN100406600C，授權(quán)公告日2008年7月30日)，分別采用Co和Fe對NiAl-Cr (Mo)雙相共晶金屬間化合物進(jìn)行改性，即通過在NiAl-Cr (Mo)雙相共晶合金的共晶點(diǎn)附近降低Al元素含量、添加Co或Fe元素進(jìn)行改性,使Co或Fe元素起到固溶強(qiáng)化的作用，在NiAl-Cr (Mo)兩相組織的基礎(chǔ)上引入適當(dāng)?shù)乃苄缘谌郰相和Y '相來進(jìn)一步提高NiAl-Cr(Mo)雙相共晶合金的高溫強(qiáng)度和室溫韌、塑性。由此開發(fā)出低密度、高比強(qiáng)度的高溫1150°C結(jié)構(gòu)金屬間化合物，減輕結(jié)構(gòu)重量。除了能夠通過Co或Fe元素改善NiAl的室溫塑韌性外，NiAl在復(fù)合材料中表現(xiàn)出優(yōu)良的抗磨損能力，如中國專利“一種NiAl金屬間化合物基固體自潤滑復(fù)合材料及其制造方法”(申請公告號CN102534348A，申請公開日2012年7月4日)，專利技術(shù)了一種NiAl金屬間化合物基固體自潤滑復(fù)合材料，該復(fù)合材料具有優(yōu)秀的摩擦學(xué)性能。但是，該復(fù)合材料是以金屬間化合物為基體，存在高溫剛性不足等缺點(diǎn)。而對于以硬質(zhì)相(WC/TiC)為基體的硬質(zhì)合金來說，雖然在室溫下具有很好的剛性，但其高溫性能不足。因此，引入高溫組元是解決硬質(zhì)合金材料高溫性能的有效途徑之一。如中國專利“Ni3Al強(qiáng)化粘結(jié)相的WC-Co硬質(zhì)合金及其制備方法”(申請公告號CN102383021A，申請公開日2012年3月21日)，專利技術(shù)了一種Ni3Al強(qiáng)化粘結(jié)相的WC-Co硬質(zhì)合金，該合金具有致密化高，耐磨性比較好、抗高溫氧化性和抗腐蝕性優(yōu)異，其中Ni3Al是作為粘結(jié)相的一部分，與鈷一起作為硬質(zhì)合金的粘結(jié)相。相對于NiAl，Ni3Al的熔點(diǎn)(13950C )偏低，抗氧化性不足。在更高的溫度下，NiAl的抗磨損性能遠(yuǎn)好于Ni3Al,但NiAl合金的脆性更大。本專利技術(shù)獲得了國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)資助(編號2012CB723906)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)針對現(xiàn)有硬質(zhì)合金高溫抗磨損性能的不足，提供了一種NiAl合金化粘結(jié)相的抗高溫磨損的硬質(zhì)合金材料，即通過在Co和/Fe粉末中直接添加WC (和/TiC) +NiAl的預(yù)合金粉末，從而使NiAl合金化粘結(jié)相,進(jìn)而通過粉末冶金制備NiAl合金化粘結(jié)相的抗高溫磨損的硬質(zhì)合金。其NiAl相作為第三相彌散分布到粘結(jié)相中，使得粘結(jié)相的顯微硬度高，合金的抗高溫磨損性能優(yōu)異。本專利技術(shù)的抗高溫磨損的硬質(zhì)合金，包括硬質(zhì)相、粘結(jié)相，其中硬質(zhì)相為WC和/TiC ； 粘結(jié)相為NiAl合金化的Co和/Fe，體積百分比為10% 40%。作為改進(jìn)一,所述硬質(zhì)相為WC ;粘結(jié)相為NiAl合金化的Co和/Fe,體積百分比為10% 40% O作為改進(jìn)一步，所述粘結(jié)相為NiAl合金化的Co，體積百分比為40%。作為改進(jìn)二，所述硬質(zhì)相為TiC ;粘結(jié)相為NiAl合金化的Fe，體積百分比為10% 40%。作為改進(jìn)三，所述硬質(zhì)相為WC和TiC，且WC與TiC的質(zhì)量百分比為6. 36 1.59 I ;粘結(jié)相為NiAl合金化的Co或Fe，體積百分比為10% 40%。作為改進(jìn)四，所述硬質(zhì)相為WC和/TiC ;粘結(jié)相為NiAl合金化的Co和Fe，且Co與Fe的質(zhì)量百分比為2. 26 O. 57 :1，體積百分比為10% 40%。(實施例27-31) 作為改進(jìn)一步，所述硬質(zhì)相為WC和TiC，且WC與TiC的質(zhì)量百分比為3. 18 1.59 :1 ;粘結(jié)相為NiAl合金化的Co和Fe，體積百分比為25% 40%。同時，本專利技術(shù)還提供該硬質(zhì)合金的制備方法，依次包括以下步驟 (O按鎳一鋁金屬間化合物Ni-50at. %A1的成分比例，把鎳粉和鋁粉與碳化物粉末混合均勻；其中鎳粉和鋁粉共占混合粉末的質(zhì)量百分比為O. 03% 21. 04%，余量為碳化物粉末； (2)將上述混合粉末置于石墨容器中鋪平厚度<50mm，在非氧化性氣氛下，以< 2V /min的升溫速度加熱至660°C 1300°C，保溫I小時以上，然后自然冷卻，獲得碳化物與鎳一鋁金屬間化合物NiAl的混合物；將混合物碾磨、破碎、過120篩，獲得粒度為120Mm以下的碳化物與金屬間化合物NiAl的混合粉末； (3)將上述碳化物與金屬間化合物NiAl的混合粉末在400°C±50°C的氫氣氣氛下進(jìn)行脫氧預(yù)處理； (4)將上述質(zhì)量百分比為45.77%-96. 34%的脫氧預(yù)處理后的的碳化物與金屬間化合物NiAl的混合粉末與余量的Co和/Fe粉末濕磨18 36小時，獲得濕磨混合料； (5)濕磨混合料經(jīng)噴霧干燥、壓制成型制成壓坯； (6)壓坯經(jīng)1350°C 1550°C低壓液相燒結(jié)后獲得一種抗高溫磨損的硬質(zhì)合金，其中粘結(jié)相體積百分比為10vol%_40vol%。本專利技術(shù)采用Ni、Al元素粉末，利用Ni+Al間化合反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)的特點(diǎn)，使得在6600C 1300°C左右、低熔點(diǎn)的鎳鋁間其他形式的金屬間化合物(NiAl3、Ni2Al3)熔化生成或固相擴(kuò)散生成NiAl ;由于鎳粉、鋁粉反應(yīng)合成NiAl放熱較Ni3Al高很多，采用碳化物粉末則在化合放熱反應(yīng)中起到熱緩沖的作用，保證粉末的溫度不超過NiAl的熔點(diǎn)和防止自蔓延反應(yīng)的產(chǎn)生；鎳粉、鋁粉與碳化物粉末混合粉末置于石墨容器中鋪平厚度< 50mm，避免了粉末內(nèi)部的熱量積蓄，并以彡2V /min的升溫速度、達(dá)到660°C 1300°C后保溫I小時以上，充分形成NiAl金屬間化合物；由于化合反應(yīng)是在粉末狀態(tài)下完成的，且形成的NiAl脆性大，反應(yīng)合成后的混合物容易被破碎，破碎又進(jìn)一步使碳化物和NiAl均勻混合，獲得比較理想的粒度；預(yù)處理去掉碾磨過程中所增的氧，使制備出的碳化物和鎳一鋁金屬間化合物NiAl的混合物粉末成分均勻、粒度細(xì)小，在合金制備過程中使Ni本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種抗高溫磨損的硬質(zhì)合金，包括硬質(zhì)相、粘結(jié)相，其中硬質(zhì)相為WC和/TiC；粘結(jié)相為NiAl合金化的Co和/Fe，體積百分比為10%～40%。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種抗高溫磨損的硬質(zhì)合金，包括硬質(zhì)相、粘結(jié)相，其中硬質(zhì)相為WC和/TiC ;粘結(jié)相為NiAl合金化的Co和/Fe，體積百分比為10% 40%。2.如權(quán)利要求I所述的抗高溫磨損的硬質(zhì)合金，其特征在于所述硬質(zhì)相為WC;粘結(jié)相為NiAl合金化的Co和/Fe，體積百分比為10% 40%。3.如權(quán)利要求2所述的抗高溫磨損的硬質(zhì)合金，其特征在于所述粘結(jié)相為NiAl合金化的Co。4.如權(quán)利要求I所述的抗高溫磨損的硬質(zhì)合金，其特征在于所述硬質(zhì)相為TiC;粘結(jié)相為NiAl合金化的Fe，體積百分比為10% 40%。5.如權(quán)利要求I所述的抗高溫磨損的硬質(zhì)合金，其特征在于所述硬質(zhì)相為WC和TiC，且WC與TiC的質(zhì)量百分比為6. 36 I. 59 :1 ;粘結(jié)相為NiAl合金化的Co或Fe，體積百分比為10% 40% o6.如權(quán)利要求I所述的抗高溫磨損的硬質(zhì)合金，其特征在于所述硬質(zhì)相為WC和/TiC ;粘結(jié)相為NiAl合金化的Co和Fe，且Co與Fe的質(zhì)量百分比為2. 26 0. 57 :1，體積百分比為10% 40%。7.如權(quán)利要求6所述的抗高溫磨損的硬質(zhì)合金，其特征在于所述硬質(zhì)相為WC和TiC，且WC與TiC的質(zhì)量百分比為3. 18 I. 59 :1 ;粘結(jié)相為NiAl合金化的Co和Fe，體積百分比為25%...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：龍堅戰(zhàn)，張忠健，陸必志，徐濤，
申請(專利權(quán))人：株洲硬質(zhì)合金集團(tuán)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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