CN102367535A - 一种以钴镍为粘结相的碳化钛-碳化钨基体轻质硬质合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种以钴镍为粘结相的碳化钛-碳化钨基体轻质硬质合金及其制备方法，涉及合金制造技术领域，旨在解决现有使用碳化钨替代品存在硬质合金各项性能指标下降、合金基体抗氧化性和抗蚀性差、生产成本高等技术问题。本发明的一种以钴镍为粘结相的碳化钛-碳化钨基体轻质硬质合金，含有如下重量比的成分：Ti17.24%-43.65%；Ni2.23%-9.68%；Co5.23%-10.51%；W27.37%-57.62%；C10.27%-13.87%。
Description
技术领域
本发明涉及合金制造技术领域，特别是一种以钴镍为粘结相的碳化钛-碳化钨基体轻质硬质合金及其制备方法。
背景技术
根据国际钨矿山研讨会专家分析，目前国家钨储备较多的只有美、俄、中三国。由于钨仍是军火工业、航天工业不可缺少的战略金属。前述三国近几年来出库不少，至今仍有一定的储备，但储备均已降到低点。随着世界钨精矿产量逐年下降，存货逐渐干涸，在没有更多储备抛售的情况下，世界钨业将面临严峻可怕的原钨短缺。
中国是世界上钨资源最丰富的国家，也是世界上最大的钨生产国和出口国。进入90年代，中国矿山钨产量已占世界矿山钨产量的60%以上，近年已达到80%左右；钨产品出口量占世界钨消耗量的40%以上。随着钨生产的迅猛发展，中国的钨资源储量日见消减，其中以黑钨资源最为明显。
硬质合金发明以来，一直以碳化钨为主要原材料。面临钨资源的日益短缺，以其他物质取代或部分取代碳化钨无疑对缓解资源的短缺起到巨大作用，但目前使用其它金属碳化物等物质作为碳化钨的替代品却存在硬质合金各项性能指标下降、合金基体抗氧化性和抗蚀性差、生产成本高等诸多问题。
发明内容
本发明旨在解决现有使用碳化钨替代品存在硬质合金各项性能指标下降、合金基体抗氧化性和抗蚀性差、生产成本高等技术问题，以提供具有产成品硬质合金材料硬度高、耐磨和耐腐蚀性好、碳化钨消耗量低和性价比高的一种以钴镍为粘结相的碳化钛-碳化钨基体轻质硬质合金及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种以钴镍为粘结相的碳化钛-碳化钨基体轻质硬质合金，含有如下重量比的成分：
Ti 17.24 %-43.65 %
Ni 2.23 %-9.68 %
Co 5.23 %-10.51 %
W 27.37 %-57.62 %
C 10.27%-13.87 %。
本发明的一种以钴镍为粘结相的碳化钛-碳化钨基体轻质硬质合金的制备方法，包括如下步骤：
a) 取按质量百分比计的组分：镍粉5-8%、钴粉5-8%、碳化钛粉30-40%、添加剂1%、碳化钨粉余量，将前述组分混合物加入球磨机中湿磨至粉末粒度为1-2μm，得混合料浆；其中添加剂为Cr3C2或TaC；
b) 将上述混合料浆过滤、干燥后加入橡胶溶液，搅拌均匀后在90-110℃下真空干燥15-25分钟后过80目筛得混合物，将该混合物投入模具中于100-200MPa压力下成型，然后置于真空度1-5Pa，温度为1350℃-1410℃的条件下保温1-2小时得成品。
本发明的一种以钴镍为粘结相的碳化钛-碳化钨基体轻质硬质合金的制备方法，其中所述步骤a)中镍粉的粒径为1-2μm，钴粉的粒径为1-2μm，碳化钛粉和碳化钨粉的粒径为1-2μm，，碳化钛总碳含量为17.2-17.8wt%，碳化钨总碳含量为5.90-5.94wt%。
本发明的一种以钴镍为粘结相的碳化钛-碳化钨基体轻质硬质合金的制备方法，其中所述步骤a)中混磨所用的溶剂为无水乙醇，其添加量为每千克组分混合物添加无水乙醇300-400ml。
本发明的一种以钴镍为粘结相的碳化钛-碳化钨基体轻质硬质合金的制备方法，其中所述步骤b)中橡胶溶液的添加量为混合料浆总质量的0.8-1.0wt%。
本发明一种以钴镍为粘结相的碳化钛-碳化钨基体轻质硬质合金及其制备方法的有益效果：
1. 本发明以碳化钛部分取代碳化钨，既保有原来硬质合金各项使用性能，又减少钨的使用，同时降低生产成本。
2. 本发明采用Ni、Co为粘结剂，对合金基体具有良好的润湿性，比单一Co粘结剂有更好的抗氧化性和抗蚀性。
3. 本发明制备的合金材料硬度高，耐磨性、耐腐蚀性好，战略资源消耗低，孔隙度低且性价比高，可用于石油行业球阀、密封环的基体材料。
具体实施方式
本发明的一种以钴镍为粘结相的碳化钛-碳化钨基体轻质硬质合金及其制备方法，通过如下实施方式予以进一步说明。
取按质量百分比计的组分：镍粉5-8%、钴粉5-8%、碳化钛粉30-40%、添加剂Cr3C2或TaC 1%，余量为碳化钨粉，将镍粉、钴粉、碳化钛粉和碳化钨粉加入可倾式球磨机中，球磨机转速为240r/min，球磨球为直径10mm的WC-6wt%Co硬质合金球磨球，球料比为5:1，球磨时间为56h，湿磨所用溶剂为无水乙醇，湿磨至粉末粒度为1-2μm得混合浆料。
之后，将上述混合料浆过滤、干燥后加入原料总质量0.8-1.0%的SD橡胶溶液，拌均匀后在90-110℃下真空干燥15-25分钟后过80目筛得混合物，将所述混合物投入模具中于100-200MPa压力下成型，然后置于真空度1-5Pa，温度为1350℃-1410℃的条件下保温1-2小时得成品。
具体实施时无水乙醇的添加量为每千克粉料添加300-400ml;所用碳化钛粉和碳化钨粉的粒径为1-2μm。钴粉的粒径为1-2μm，镍粉的粒径为1-2μm。碳化钛总碳含量为17.2-17.8wt%，碳化钨总碳含量为5.90-5.94wt%。
根据上述成分和工艺制备的碳化钛-碳化钨基硬质合金组织均匀，其晶粒大小约为0.8-1.2μm，抗弯强度≥1600Mpa，硬度≥90.5HRA，在产成品上任取5点，得到各成分比例如下表。
| 点位 | Ti | Ni | Co | W | C | 总量 |
| 1 | 28.17 | 8.64 | 5.23 | 45.83 | 11.03 | 100.00 |
| 2 | 17.24 | 7.18 | 7.25 | 57.62 | 10.27 | 100.00 |
| 3 | 41.49 | 2.23 | 10.51 | 31.85 | 13.87 | 100.00 |
| 4 | 43.65 | 5.76 | 9.27 | 27.37 | 13.05 | 100.00 |
| 5 | 30.35 | 9.68 | 10.39 | 37.79 | 10.74 | 100.00 |
本发明的一种以钴镍为粘结相的碳化钛-碳化钨基体轻质硬质合金可用于石油行业球阀、密封环的基体材料。
Claims (5)
1.一种以钴镍为粘结相的碳化钛-碳化钨基体轻质硬质合金，其特征在于含有如下重量比的成分：
Ti 17.24 %-43.65 %
Ni 2.23 %-9.68 %
Co 5.23 %-10.51 %
W 27.37 %-57.62 %
C 10.27%-13.87 %。
2.根据权利要求1所述的一种以钴镍为粘结相的碳化钛-碳化钨基体轻质硬质合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
a)取按质量百分比计的组分：镍粉5-8%、钴粉5-8%、碳化钛粉30-40%、添加剂1%、碳化钨粉余量，将前述组分混合物加入球磨机中湿磨至粉末粒度为1-2μm，得混合料浆；其中添加剂为Cr3C2或TaC；
b)将上述混合料浆过滤、干燥后加入橡胶溶液，搅拌均匀后在90-110℃下真空干燥15-25分钟后过80目筛得混合物，将该混合物投入模具中于100-200MPa压力下成型，然后置于真空度1-5Pa，温度为1350℃-1410℃的条件下保温1-2小时得成品。
3.根据权利要求2所述的一种以钴镍为粘结相的碳化钛-碳化钨基体轻质硬质合金的制备方法，其特征在于：所述步骤a)中镍粉的粒径为1-2μm，钴粉的粒径为1-2μm，碳化钛粉和碳化钨粉的粒径为1-2μm，，碳化钛总碳含量为17.2-17.8wt%，碳化钨总碳含量为5.90-5.94wt%。
4.根据权利要求2所述的一种以钴镍为粘结相的碳化钛-碳化钨基体轻质硬质合金的制备方法，其特征在于：所述步骤a)中混磨所用的溶剂为无水乙醇，其添加量为每千克组分混合物添加无水乙醇300-400ml。
5.根据权利要求2所述的一种以钴镍为粘结相的碳化钛-碳化钨基体轻质硬质合金的制备方法，其特征在于：所述步骤b)中橡胶溶液的添加量为混合料浆总质量的0.8-1.0wt%。
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