本發(fā)明涉及一種快速制備粗晶梯度硬質(zhì)合金的方法，具體涉及一種通過添加一定比例的超細(xì)WC粉末快速制備超粗晶梯度硬質(zhì)合金的方法，屬于硬質(zhì)合金材料制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
超粗晶硬質(zhì)合金具有高強(qiáng)度、耐磨損、耐腐蝕、高熱穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，在礦山鉆探、橋梁隧道施工等方面都有著重要的作用。然而相比細(xì)晶硬質(zhì)合金，超粗晶硬質(zhì)合金硬度和強(qiáng)度較低，這進(jìn)一步限制了其使用。所以研究粗晶梯度硬質(zhì)合金以提高其綜合性能。本研究組公布的專利CN102031435A公開了一種通過滲碳獲取表層Co含量呈梯度變化的硬質(zhì)合金制備工藝，通過將脫碳合金在氫氣氣氛下進(jìn)行滲碳處理，即得到梯度硬質(zhì)合金。梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金由于其非均勻結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出與常規(guī)均質(zhì)硬質(zhì)合金不同的力學(xué)性能。特別是其三明治結(jié)構(gòu)，能夠同時(shí)提高材料表面硬度和內(nèi)部韌性，因而在力學(xué)性能和使用壽命方面更具有優(yōu)勢。現(xiàn)有制備梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的方法主要有滲碳燒結(jié)法和脫碳燒結(jié)法，但現(xiàn)有滲碳燒結(jié)應(yīng)為制備周期長，到至其生產(chǎn)成本高不以利于產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。然而在探索制備超粗晶梯度硬質(zhì)合金過程中，發(fā)現(xiàn)該方法的滲碳速率和Co的遷移速率還有待進(jìn)一步的提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
發(fā)明人在CN102031435A的基礎(chǔ)上，作進(jìn)一步的研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)了通過采用一定質(zhì)量百分比的細(xì)WC粉，能快速的實(shí)現(xiàn)滲碳以及Co的擴(kuò)散?；诖吮景l(fā)明針對(duì)現(xiàn)有制備超粗晶粒梯度硬質(zhì)合金的不足，提供一種通過添加一定比例超細(xì)WC粉末快速制備超粗晶梯度硬質(zhì)合金的方法。本發(fā)明一種快速制備粗晶梯度硬質(zhì)合金的方法；包括下述步驟：步驟一按設(shè)計(jì)組分配取貧碳硬質(zhì)合金粉末；然后混合均勻，壓制成形，燒結(jié)，得到貧碳預(yù)燒結(jié)基體；所述貧碳硬質(zhì)合金粉末以質(zhì)量百分比計(jì)包括：粗WC粉60～86％；優(yōu)選為65～80％；；進(jìn)一步優(yōu)選為70～76％；細(xì)WC粉4～20％；優(yōu)選為8～18％；進(jìn)一步優(yōu)選為10～18％；Co粉4.6-12％；優(yōu)選為4.6-10％；進(jìn)一步優(yōu)選為6-8％；W粉3-10％；優(yōu)選為4-8％；進(jìn)一步優(yōu)選為4-6％；步驟二將步驟一所得貧碳預(yù)燒結(jié)基體置于氫氣氣氛中，在1430～1460℃進(jìn)行滲碳處理60～150分鐘，優(yōu)選為60-150分鐘，進(jìn)一步優(yōu)選為90-120分鐘，得到超粗晶梯度硬質(zhì)合金。本發(fā)明一種快速制備粗晶梯度硬質(zhì)合金的方法；所述粗WC粉的粒度為6.0～12.0μm；所述細(xì)WC粉的粒度為0.1～0.8μm。本發(fā)明一種快速制備粗晶梯度硬質(zhì)合金的方法；所述細(xì)WC粉的粒度優(yōu)選為0.4～0.8μm.進(jìn)一步優(yōu)選為0.6～0.8μm。本發(fā)明一種快速制備粗晶梯度硬質(zhì)合金的方法；所述Co粉的粒度為1.5-3.0μm；所述W粉的粒度為1.8-3.2μm。本發(fā)明一種快速制備粗晶梯度硬質(zhì)合金的方法；所述混合均勻采用球磨的方式混合均勻。本發(fā)明一種快速制備粗晶梯度硬質(zhì)合金的方法；本發(fā)明一種快速制備粗晶梯度硬質(zhì)合金的方法；球磨的條件為：轉(zhuǎn)速40-160轉(zhuǎn)/min、球料質(zhì)量比為3-6:1、球磨時(shí)間為12-24h、固液質(zhì)量比為3-5:1。本發(fā)明一種快速制備粗晶梯度硬質(zhì)合金的方法；所述貧碳硬質(zhì)合金粉末可通過通過下述優(yōu)選方案制備：首先將按配取的粗WC粉、細(xì)WC粉加入酒精濕磨6-10小時(shí)，然后加入配取的Co粉、W粉繼續(xù)濕磨20-28小時(shí)；得到含有貧碳硬質(zhì)合金粉末；所述球磨的條件為：球料質(zhì)量比為3-6:1；固液質(zhì)量比為3-5:1、球磨轉(zhuǎn)速為40-160轉(zhuǎn)/min。為了進(jìn)一步保證成品的性能，在壓制成形前，可將不同粒度的WC粉末及Co粉、W粉、粘接劑通過球磨混合均勻；所需粘接劑為硬質(zhì)合金制備時(shí)常用的粘接劑，優(yōu)選為石蠟，粘接劑的用量為WC粉末、Co粉、W粉總質(zhì)量的2％。因此在壓制成形后需先進(jìn)行脫蠟處理，再進(jìn)行加壓燒結(jié)；所述脫蠟處理的條件為：在真空脫脂爐中，加熱到170-190℃保溫30-50min，然后升溫至410-430℃，并保溫20-50min。脫蠟的目的主要是為了去除成形時(shí)所引入的粘接劑。本發(fā)明一種快速制備粗晶梯度硬質(zhì)合金的方法；球磨完成后，干燥，造粒，得到粒度為60-120μm的貧碳硬質(zhì)合金粉末。本發(fā)明一種快速制備粗晶梯度硬質(zhì)合金的方法；壓制成形的成形壓力為100-300MPa。本發(fā)明一種快速制備粗晶梯度硬質(zhì)合金的方法；加壓燒結(jié)時(shí)，控制溫度為1440～1460℃、真空度為5×10-3-2×10-4Pa，壓力為3-6MPa，時(shí)間為40-90min。本發(fā)明一種快速制備粗晶梯度硬質(zhì)合金的方法；滲碳溫度為1430～1460℃，滲碳時(shí)間為30～150min，氫氣流量為4～6L/min，冷卻方式為隨爐冷卻。本發(fā)明一種快速制備粗晶梯度硬質(zhì)合金的方法；滲碳所用碳源選自致密結(jié)晶狀石墨、鱗片狀石墨、隱晶質(zhì)石墨中的至少一種。本發(fā)明一種快速制備粗晶梯度硬質(zhì)合金的方法；所制備的梯度硬質(zhì)合金中梯度層厚度為400～2000μm。本發(fā)明一種快速制備粗晶梯度硬質(zhì)合金的方法；滲碳所用碳源選自致密結(jié)晶狀石墨、鱗片狀石墨、隱晶質(zhì)石墨中的至少一種，優(yōu)選為固體鱗片狀石墨。本發(fā)明一種快速制備粗晶梯度硬質(zhì)合金的方法；當(dāng)滲碳溫度為1450℃時(shí)，經(jīng)30min滲碳后，添加6～24％超細(xì)WC粉末的合金所得梯度層的厚度可達(dá)600～700μm；而未添加超細(xì)WC粉末的超粗晶硬質(zhì)合金所得梯度層僅為320μm。本發(fā)明一種快速制備粗晶梯度硬質(zhì)合金的方法；經(jīng)90min滲碳后，添加20wt.％超細(xì)WC粉末的合金梯度層的厚度可達(dá)1633μm，而未加超細(xì)WC粉末所得梯度層僅為1032μm；從這里可以看出本發(fā)明梯度層在90min內(nèi)的梯度層厚度是同等條件下未加超細(xì)WC粉末合金的1.5倍以上。本發(fā)明一種快速制備粗晶梯度硬質(zhì)合金的方法；所得梯度層的厚度是可控的，通過添加超細(xì)WC的比例以及控制滲碳溫度和滲碳時(shí)間可以得到厚度為500～2000μm的梯度層。本發(fā)明一種快速制備粗晶梯度硬質(zhì)合金的方法；，所得硬質(zhì)合金的表面硬度大于等于89HRA。本發(fā)明一種快速制備粗晶梯度硬質(zhì)合金的方法；所得硬質(zhì)合金的橫向斷裂強(qiáng)度大于等于1600MPa；最高可達(dá)2400MPa。本發(fā)明一種快速制備粗晶梯度硬質(zhì)合金的方法；制得梯度硬質(zhì)合金后，檢測梯度合金厚度；其檢測梯度合金厚度方法為：首先將合金表面磨平、拋光，在掃描電子顯微鏡(SEM)下采取BSE模式，低倍下觀察合金表面梯度層厚度，SEM照片在ImageProPlus軟件下計(jì)算其梯度層厚度，取平均值。有益效果本發(fā)明通過嚴(yán)格控制細(xì)WC粉的用量(6-24％)和粒度，通過適量的細(xì)WC粉、粗WC粉、Co粉、W粉以及滲碳條件的協(xié)同作用，得到了性能優(yōu)越的超粗晶梯度硬質(zhì)合金。其滲碳速度在同等條件下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了現(xiàn)有技術(shù)。其原因可能在于：一定比例的超細(xì)WC粉末的添加在預(yù)燒結(jié)和滲碳過程均提高了其擴(kuò)散系數(shù)，促進(jìn)了WC在Co中的溶解析出反應(yīng)。一定比例的超細(xì)WC粉末的添加能降低了合金中WC的平均晶粒，這不僅能提高梯度合金的硬度，而且還有利于滲碳過程中提供了更多的擴(kuò)散通道進(jìn)而有利于碳的擴(kuò)散，從而大大縮短了滲碳的時(shí)間。附圖說明圖1是實(shí)施例1的90min滲碳硬質(zhì)合金低倍BSE照片；圖2是實(shí)施例1的90min滲碳硬質(zhì)合金高倍外層晶粒照片；圖3是實(shí)施例1的90min滲碳硬質(zhì)合金高倍中間層晶粒照片；圖4是實(shí)施例1的90min滲碳硬質(zhì)合金高倍內(nèi)層晶粒照片。圖5是對(duì)比例1的90min滲碳硬質(zhì)合金高倍外層晶粒照片；圖6是對(duì)比例1的90min滲碳硬質(zhì)合金高倍中間層晶粒照片；圖7是對(duì)比例1的90min滲碳硬質(zhì)合金高倍內(nèi)層晶粒照片。從圖1中可以看出硬質(zhì)合金經(jīng)過滲碳后呈現(xiàn)明顯的三層結(jié)構(gòu)，這是由不同的Co含量分布而引起的。從圖2中可以看出合金外層含有少量的黑色相Co,白色相WC有一定的晶粒長大。從圖3中可以看出合金中間層黑色Co相明顯較多，WC晶粒較外層較小。從圖4中可以看出合金內(nèi)層含量灰色缺碳相，說明內(nèi)部沒有發(fā)生滲碳反應(yīng)，內(nèi)部晶粒也較外層更為細(xì)小。從圖5中可以看出，相比圖2，合金晶粒尺寸明顯增大，小晶粒數(shù)量減少；從圖6中可以看出，相比圖3，合金晶粒尺寸更加細(xì)小均勻，Co相減少；從圖7中可以看出，相比圖4，WC晶粒明顯增大，對(duì)應(yīng)的灰色缺碳相η相也增大增多。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明實(shí)施例中所用粘接劑為石蠟。實(shí)施例1：步驟一按設(shè)計(jì)組分配取貧碳硬質(zhì)合金粉末；然后混合均勻，壓制成形，燒結(jié)，得到貧碳預(yù)燒結(jié)基體；所述貧碳硬質(zhì)合金粉末以質(zhì)量百分比計(jì)包括：粗WC粉70％；細(xì)WC粉17.5％；Co粉6％；W粉6.5％；粗WC粉的粒度為6.0μm；細(xì)WC粉的粒度為0.8μm；Co粉的粒度為2.0μm；所述W粉的粒度為2.0μm；其制備過程為：將按重量配置不同粒度的WC粉首先加入酒精濕磨6小時(shí)，然后加入Co粉、W粉以及粘結(jié)劑繼續(xù)濕磨24小時(shí)；得到含有貧碳硬質(zhì)合金粉末后，壓制成形并壓力燒結(jié)，得到貧碳預(yù)燒結(jié)基體；球磨的具體條件為：球料質(zhì)量比為4:1；固液質(zhì)量比為3：1、球磨轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/min、球磨時(shí)間為24h。壓制成形的壓力為200MPa。壓制成形后，首先進(jìn)行脫蠟，然后經(jīng)加壓燒結(jié)，得到貧碳預(yù)燒結(jié)基體；加壓燒結(jié)時(shí)，控制氣氛為氬氣氣氛、壓力為6MPa、溫度為1450℃、時(shí)間為60min；得到貧碳預(yù)燒結(jié)基體。步驟二將步驟一所得一系列貧碳預(yù)燒結(jié)基體置于氫氣氣氛中，以固體片狀石墨為碳源，在1450℃進(jìn)行滲碳處理30～120分鐘，得到梯度硬質(zhì)合金；檢測不同滲碳時(shí)間所得產(chǎn)物的性能；其具體檢測項(xiàng)目以及檢測結(jié)果見表1表1對(duì)比例1其他條件完全和實(shí)施例1一致，只是未加入超細(xì)WC粉末全部用超粗晶WC粉末制備梯度硬質(zhì)合金，其具體檢測項(xiàng)目以及檢測結(jié)果見表2。表2在實(shí)施例1與對(duì)比例1中檢測梯度合金厚度方法首先將合金表面磨平、拋光，在掃描電子顯微鏡(SEM)下采取BSE模式，低倍下觀察合金表面梯度層，SEM照片在ImageProPlus軟件下計(jì)算其梯度層厚度。通過表1和表2可以看出：本發(fā)明實(shí)施例1所制備的梯度合金，硬度采用洛氏硬度表征，經(jīng)過90、120min滲碳后比普通硬質(zhì)合金略微有點(diǎn)提高。材料橫向斷裂強(qiáng)度采用Instron力學(xué)測試儀抗彎強(qiáng)度進(jìn)行測試表征，發(fā)現(xiàn)添加20％細(xì)粉的合金的橫向斷裂強(qiáng)度均在1800MPa以上，隨著滲碳時(shí)間的延長，添加細(xì)粉的合金其橫向斷裂強(qiáng)度比未添加合金增加更快，經(jīng)過120min滲碳后，相比未添加合金高400MPa以上，約提高20％。同時(shí)還可以看出，在相同時(shí)間內(nèi)，本發(fā)明所得滲碳層的厚度是現(xiàn)有技術(shù)的1.3倍以上，最高可達(dá)2.15倍。實(shí)施例2：按設(shè)計(jì)組分配取貧碳硬質(zhì)合金粉末；然后混合均勻，壓制成形，燒結(jié)，得到貧碳預(yù)燒結(jié)基體；所述貧碳硬質(zhì)合金粉末以質(zhì)量百分比計(jì)包括：粗WC粉77％；細(xì)WC粉8.6％；Co粉6％；W粉8.4％；粗WC粉的粒度為12μm；細(xì)WC粉的粒度為0.6μm；Co粉的粒度為2.0μm；所述W粉的粒度為1.5μm；其制備過程為：將按重量配置不同粒度的WC粉首先加入酒精濕磨6小時(shí)，然后加入Co粉、W粉以及粘結(jié)劑繼續(xù)濕磨24小時(shí)；得到含有貧碳硬質(zhì)合金粉末后，壓制成形并壓力燒結(jié)，得到貧碳預(yù)燒結(jié)基體；球磨的具體條件為：球料質(zhì)量比為3:1；固液質(zhì)量比為5：1、球磨轉(zhuǎn)速為80轉(zhuǎn)/min、球磨時(shí)間為20h。壓制成形的壓力為150MPa。壓制成形后，首先進(jìn)行脫蠟，然后經(jīng)加壓燒結(jié)，得到貧碳預(yù)燒結(jié)基體；加壓燒結(jié)時(shí)，控制氣氛為氬氣氣氛、壓力為4MPa、溫度為1450℃、時(shí)間為60min；得到貧碳預(yù)燒結(jié)基體；步驟二將步驟一所得一系列貧碳預(yù)燒結(jié)基體置于氫氣氣氛中，以固體片狀石墨為碳源，在1440℃進(jìn)行滲碳處理30～150分鐘，得到梯度硬質(zhì)合金；檢測不同滲碳時(shí)間所得產(chǎn)物的性能；本發(fā)明實(shí)施例2所制備的梯度合金，硬度經(jīng)過60、90、120min滲碳后比普通硬質(zhì)合金略微有點(diǎn)提高。發(fā)現(xiàn)添加10％細(xì)粉的合金的橫向斷裂強(qiáng)度均在1800MPa以上，隨著滲碳時(shí)間的延長，添加細(xì)粉的合金其橫向斷裂強(qiáng)度比未添加合金增加更快，平均較未添加細(xì)粉硬質(zhì)合金提高約20％。實(shí)施例3：按設(shè)計(jì)組分配取貧碳硬質(zhì)合金粉末；然后混合均勻，壓制成形，燒結(jié)，得到貧碳預(yù)燒結(jié)基體；所述貧碳硬質(zhì)合金粉末以質(zhì)量百分比計(jì)包括：粗WC粉83％；細(xì)WC粉4.4％；Co粉6％；W粉6.6％；粗WC粉的粒度為6μm；細(xì)WC粉的粒度為0.4μm；Co粉的粒度為2.0μm；所述W粉的粒度為1.5μm；其制備過程為：將按重量配置不同粒度的WC粉首先加入酒精濕磨6小時(shí)，然后加入Co粉、W粉以及粘結(jié)劑繼續(xù)濕磨24小時(shí)；得到含有貧碳硬質(zhì)合金粉末后，壓制成形并壓力燒結(jié)，得到貧碳預(yù)燒結(jié)基體；球磨的具體條件為：球料質(zhì)量比為4:1；固液質(zhì)量比為3：1、球磨轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/min、球磨時(shí)間為18h。壓制成形的壓力為100MPa。壓制成形后，首先進(jìn)行脫蠟，然后經(jīng)加壓燒結(jié)，得到貧碳預(yù)燒結(jié)基體；加壓燒結(jié)時(shí)，控制氣氛為氬氣氣氛、壓力為6MPa、溫度為1445℃、時(shí)間為60min；得到貧碳預(yù)燒結(jié)基體；步驟二將步驟一所得一系列貧碳預(yù)燒結(jié)基體置于氫氣氣氛中，以固體片狀石墨為碳源，在1450℃進(jìn)行滲碳處理30～150分鐘，得到梯度硬質(zhì)合金；檢測不同滲碳時(shí)間所得產(chǎn)物的性能；實(shí)施例3所制備的梯度合金，經(jīng)過滲碳后硬度比未添加細(xì)粉合金略有提高。添加10％細(xì)粉的合金的橫向斷裂強(qiáng)度均在1750MPa以上，隨著滲碳時(shí)間的延長，添加細(xì)粉的合金其橫向斷裂強(qiáng)度比未添加合金增加更快，平均較未添加細(xì)粉硬質(zhì)合金提高約20％。