一种梯度硬质合金制备方法与流程

本发明涉及一种梯度硬质合金的制备方法，属于硬质合金。

背景技术：

1、随着高速切削技术的发展，对刀片的使用性能提出了越来越苛刻的要求，不但要求高耐磨性，还要耐冲击，要有足够的韧性来保证刀具在高速切削中不至于发生崩刃。对于传统合金为保证刀片的耐磨性往往以牺牲冲击韧性为代价，冲击韧性好的耐磨性则相对较差。涂层技术的出现从某种程度上解决了这一问题，高耐磨涂层加上韧性好的合金基体，使得高速切削成为可能。然而，在普通硬质合金基体上进行化学气相沉积高耐磨涂层时，在涂层和基体之间易产生η相，从而出现裂纹和应力集中，使合金的抗弯强度明显下降，从而使刀具在使用过程中出现早期崩刃甚至断裂。为解决这一问题，国内外主要是通过采用抗冲击的梯度合金基体(含富钴层或脱β层硬质合金)，配合高耐磨涂层技术来获得性能优良的合金。

2、传统方法采用的是控制烧结过程中炉子的碳气氛和氮气氛，实现富钴层或脱β层硬质合金制备，传统的方法由于炉内碳气氛、氮气氛控制难度大，成本高。

技术实现思路

1、基于现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种梯度硬质合金的制备方法。

2、为实现本发明目的，本发明的技术方案是：一种梯度硬质合金的制备方法，包括如下步骤：

3、(1)根据待制备的硬质合金成分进行配料并添加碳；

4、(2)模压成型，制得压坯；

5、(3)对成型后的压坯进行表层氧化处理，所述压坯经表层氧化处理后的增氧量为0.2wt％-0.5wt％；

6、(4)分段升温，将表层氧化的压坯进行真空烧结，得到梯度硬质合金。

7、较佳的，所述硬质合金的成分包括：

8、91-99.5wt.％的wc，

9、5wt％-20wt.％的co，

10、及0wt％-5wt％的x，所述x选自cr3c2、vc、zrc、tic、mo2c、tac、nbc、tin和ticn中的至少一种。

11、较佳的，所述碳选自碳粉、炭黑和石墨中的至少一种。

12、较佳的，以待制备的硬质合金的质量计，碳添加量为0.10wt％-0.25wt％。

13、碳含量低于0.10wt％，表层的氧无法与足够的碳中和，导致表层出现脱碳的组织。碳含量高于0.25wt％会导致芯部的碳含量高于两相区间，出现渗碳的组织，影响合金的性能。

14、较佳的，将成型后的压坯置于气候模拟实验箱内，设定一定的温度和湿度，放置一段时间，让压坯的表层氧化，压坯经表层氧化处理后的增氧量优选为0.25-0.35wt％。

15、具体的，压坯经表层氧化处理后的增氧量根据如下公式计算：

16、o增＝kco*cco*t

17、式中，o增为压坯表层增氧量，单位为wt％；t为压坯的存放时间，单位为小时；k为压坯表层的氧化速率常数，co为氧分压，单位为pa；cco为压坯的钴含量，单位为wt％。

18、所述氧化速率常数k通过以下方式获得：在相同温度及湿度下，每隔一定时间测量相同成型压力制得的不同钴含量压坯的氧含量，并与初始的氧含量对比，得到不同时间的增氧量，作出不同钴含量压坯的增氧量与存放时间的拟合直线l1，拟合直线l1的斜率为氧化速率，作出不同钴含量压坯的氧化速率和钴含量的拟合直线l2，拟合直线l2的斜率为所述氧化速率常数k。

19、较佳的，分段升温，将表层氧化的压坯真空烧结，具体过程如下：从室温升温到t1，升温速率为5～10℃/min；从t1升温到t2，升温速率为0.5℃/min；从t2升温到t3，升温速率为5-10℃/min；从t3升温到t4，升温速率为0.5℃/min；从t4升温到t5，升温速率为2～5℃/min，在t5保温60-300min，优选150-300min，其中，t1为600℃，t2为700℃，t3为900℃，t4为1100℃，t5为1280～1320℃。

20、较佳的，所述梯度硬质合金的表层形成厚度为50μm以上富钴层，所述梯度硬质合金的表层钴含量与芯部钴含量差值为0.3wt％以上。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

22、(1)采用此方法可制备表面富钴的梯度硬质合金，表面钴含量和芯部钴含量偏差可达0.3wt％以上，表面富钴层厚度可达50μm以上；

23、(2)采用此方法制备的硬质合金刀片基体可以作为气相沉积的基体，由于富钴层的存在，避免应力集中和裂纹扩展；

24、(3)采用气候模拟实验箱通过控制温度、湿度、氧分压、存放时间来控制压坯表层增氧量，工艺过程简单、容易。

25、应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本申请的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本申请的发明主题的一部分。

26、结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

技术特征：

1.一种梯度硬质合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压坯经表层氧化处理后的增氧量为0.25wt%-0.35wt%。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以待制备的硬质合金的质量计，碳添加量为0.10wt%-0.25wt%。

4. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述增氧量根据如下公式计算：

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，分段升温，将表层氧化的压坯真空烧结，具体过程如下：从室温升温到t1，升温速率为5℃/min~10℃/min；从t1升温到t2，升温速率为0.5℃/min；从t2升温到t3，升温速率为5℃/min-10℃/min；从t3升温到t4，升温速率为0.5℃/min；从t4升温到t5，升温速率为2℃/min~5℃/min，在t5保温60min-300min，其中，t1为600℃，t2为700℃，t3为900℃，t4为1100℃，t5为1280℃~1320℃。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在t5保温150min-300min。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硬质合金的成分包括：

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳选自碳粉、炭黑和石墨中的至少一种。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述表层氧化处理包括：将成型后的压坯置于气候模拟实验箱内，设定温度为0℃-50℃，湿度为40%-90%，氧分压为20000pa-25000pa，放置5h-240h。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述梯度硬质合金的表层形成厚度为50μm以上富钴层，所述梯度硬质合金的表层钴含量与芯部钴含量差值为0.3wt%以上。

技术总结本发明公开了一种梯度硬质合金的制备方法，其步骤为：根据待制备的硬质合金成分进行配料，配料时提高硬质合金混合料的碳含量；模压成型，制得压坯；让成型后的压坯表层氧化；分段升温，将表层氧化的压坯进行真空烧结，得到梯度硬质合金。采用本发明所述方法可制备表面富钴的梯度硬质合金，表面钴含量和芯部钴含量偏差可达0.3wt%以上，富钴层厚度可达50μm以上；该方法制备的硬质合金刀片基体可以作为气相沉积的基体，由于富钴层的存在，避免应力集中和裂纹扩展。技术研发人员：郭新营,吕延伟,郑建平,张畅,张庆华,黄雅丽受保护的技术使用者：厦门欧斯拓科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12