一種WCoB基金屬陶瓷的制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種WCoB基金屬陶瓷的制備工藝，首先，原材料選擇Co3B粉和W粉，重量比控制在(0.4-0.6)：(0.6-0.4)，并加入的過程控制劑，稱重后裝入球磨罐中并進行抽真空并充氬氣，球磨15-35小時直接將Co3B粉和W粉混合體充填到金屬模具中模壓成型。最后，將模壓成型坯體于真空等離子活化燒結爐中進行燒結，燒結溫度為1100℃～1450℃，保溫10-25分鐘，隨爐冷卻后即得到WCoB基金屬陶瓷。本發明制備工藝簡單，成本低廉；所制備的WCoB基金屬陶瓷可適用磨損、高溫腐蝕等嚴酷工況。
【專利說明】一種WCoB基金屬陶瓷的制備工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種金屬陶瓷的制備技術，特別涉及一種由硬質相(體積百分數約為60% -80% )和粘結相組成的金屬陶瓷制備方法。
【背景技術】
[0002]當前，廣泛使用的WC-Co金屬陶瓷(亦稱硬質合金)，在溫度達到800°C時，其力學性能急劇下降，從而使材料的硬度迅速下降，因此在溫度高于800°C的工作環境下，不能采用WC-Co金屬陶瓷材料，另一方面，由于WC-Co使用了大量的貴金屬W使其價格昂貴，因此所制備產品成本較高。國內外研宄者或生產者試圖尋找一種不僅適用高溫磨損環境工況，且具有低成本優勢的一類新型金屬陶瓷。
[0003]WCoB基金屬陶瓷(由硬質相WCoB和粘結相Co組成)不僅具有優異的綜合性能，而且可在耐磨、高溫腐蝕等領域進行應用，如切削刀具、巖石鉆探、牙齒修復、礦石破碎機械等領域，是金屬加工、礦山開釆、石油鉆探、國防工業等不可缺少的重要工具材料之一。與傳統用Wo-WC硬質合金相比，WCoB基金屬陶瓷具有明顯的性價比優勢，因此，是替代Wo-WC金屬陶瓷的理想材料。
[0004]關于WCoB基金屬陶瓷的制備方法，中國專利CN101701311A提供了一種方案:采用TiB2粉、WC粉和Co粉為三元原材料并加入球磨介質進行濕磨混合(球磨時間為10-100小時)，然后外加混合料成型劑，再在球磨機中混合1-30小時，經造粒得到所需混合粉體，粉末經壓制成型后在1250-1500°C燒結1-10小時，即可得到WCoB基金屬陶瓷材料。首先，該方法所需原材料為三種組元，顯然對粉體的混合均勻度有著嚴格的要求，否則在燒結過程中組元間無法擴散均勻，從而得不到合格的WCoB基金屬陶瓷材料，還有所使用的三種原材料價格均較高會使制備成本明顯增加。其次、該方法需要兩個階段的球磨處理顯然制備周期明顯增加，不利于大批量產業化推廣使用。第三、該方法需要加入過程控制劑且還需造粒處理，同樣會增加制備周期。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種生產周期短且工藝較簡單的WCoB基金屬陶瓷的制備方法。
[0006]為了達到以上目的，本發明是采取如下技術方案予以實現的:
[0007]一種WCoB基金屬陶瓷的制備工藝，其特征在于，包括下述步驟:
[0008](I)選用純度不低于99%的Co3B粉和W粉為原料，按重量比Co3B:ff = (0.4-0.6):(0.6-0.4)，加入混合粉體重量10-30%的無水乙醇，稱重后裝入球磨罐中并抽真空及充氬氣;
[0009](2)將球磨罐放入球磨機球磨時間15-35小時，取出混合粉體直接充填到金屬模具中，在200-300MPa下模壓成型；
[0010](3)將模壓成型的坯體放入真空等離子活化燒結爐中進行燒結，真空度為KT1Pa,燒結溫度為1100°c?1450°C，保溫10-25分鐘，隨爐冷卻，得到WCoB基金屬陶瓷。
[0011]上述工藝中，所述Co3B粉、W粉的粒度均< 200 μπι。所述真空球磨的真空度為KT1Pa0
[0012]所述步驟(3)燒結工序中的升溫速度為5°C -1O0C /秒。
[0013]本發明制備工藝簡單，成本低廉；所制備的WCoB基金屬陶瓷主要力學性能指標良好(最高抗彎強度達1670MPa，最高硬度達92.3HRA)。適用磨損、高溫腐蝕等嚴酷工況。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明實施例1所制得的WCoB基金屬陶瓷斷口形貌SEM照片。
【具體實施方式】
[0015]實施例1
[0016]首先，原材料選擇Co3B粉(純度和粒度分別為:99%和200 μm)和W粉(純度和粒度分別為:99%和200 μπι)，重量比控制在0.4:0.6，并加入混合粉體總重量10%的過程控制劑無水乙醇，稱重后裝入不銹鋼球磨罐中并進行抽真空(真空度為I(T1Pa)并充氬氣。
[0017]然后，將球磨罐放入球磨機中開機轉動，在球磨15小時后，隨罐體一同冷卻至室溫，打開罐體將Co3B粉和W粉混合體充填到金屬模具中(無需烘干)，在200MPa下模壓成型。
[0018]最后，將盛放Co3B粉和W粉的模壓成型坯體的石墨模具一同放入真空等離子活化燒結爐中進行燒結，燒結時真空度為14Pa ;燒結爐的升溫速度為:10°C /秒；燒結溫度為:1100°C，保溫時間10分鐘，燒結完畢后隨燒結爐一同冷卻。取出燒結體即為WCoB基金屬陶瓷，對其進行性能測試，抗彎強度達1270MPa，硬度87.8HRA。其斷口形貌SEM照片如圖1所示。從圖中可看出，WCoB硬質相與粘結相Co結合較理想，在斷裂過程中有明顯的桿狀WCoB從粘結相Co中拔出現象，顯然這對于提高其斷裂強度具有明顯積極意義。
[0019]實施例2
[0020]工藝過程基本同實施例1，但工藝參數有所不同:Co3B粉粒度為100 μπι ;W粉粒度為50 μ m，重量比控制在0.6:0.4，加入混合粉體總重量30%的過程控制劑無水乙醇。
[0021]球磨時間35小時；模壓成型壓力300MPa。
[0022]燒結升溫速度為5°C /秒；燒結溫度1450°C，保溫時間25分鐘。本實施例制備的WCoB基金屬陶瓷抗彎強度達1670MPa，硬度為硬度92.3HRA。
[0023]實施例3
[0024]工藝過程基本同實施例1，但工藝參數有所不同:Co3B粉粒度為150 μπι ;W粉粒度為120 μ m，重量比控制在0.5:0.5，加入混合粉體總重量25%的過程控制劑無水乙醇。
[0025]球磨時間20小時；模壓成型壓力220MPa。
[0026]燒結升溫速度為7°C /秒；燒結溫度1250°C，保溫時間15分鐘。本實施例制備的WCoB基金屬陶瓷抗彎強度達1430MPa，硬度為91.0HRA。
【權利要求】
1.一種WCoB基金屬陶瓷的制備工藝，其特征在于，包括下述步驟: (1)選用純度不低于99%的Co3B粉和W粉為原料，按重量比Co3B:ff = (0.4-0.6):(0.6-0.4)，加入混合粉體重量10-30%的無水乙醇，稱重后裝入球磨罐中并抽真空及充氬氣; (2)將球磨罐放入球磨機球磨時間15-35小時，取出混合粉體直接充填到金屬模具中，在200-300MPa下模壓成型； (3)將模壓成型的坯體放入真空等離子活化燒結爐中進行燒結，真空度為KT1Pa,燒結溫度為1100°C?1450°C，保溫10-25分鐘，隨爐冷卻，得到WCoB基金屬陶瓷。
2.如權利要求1所述的WCoB基金屬陶瓷的制備工藝，其特征在于，所述Co3B粉、W粉的粒度均< 200 μ m。
3.如權利要求1所述的WCoB基金屬陶瓷的制備工藝，其特征在于，所述真空球磨的真空度為ΙΟΙ
4.如權利要求1所述的WCoB基金屬陶瓷的制備工藝，其特征在于，所述步驟(3)燒結工序中的升溫速度為5°C -1O0C /秒。
【文檔編號】C22C1/05GK104451324SQ201410771435
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月12日 優先權日:2014年12月12日
【發明者】皇志富, 張磊, 邢建東, 高義民 申請人:西安交通大學