一種表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于硬質(zhì)合金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種表面具有雙層梯度硬質(zhì)合金及其制備方法。所述硬質(zhì)合金從外到里包括第一梯度層、第二梯度層、芯部；所述第一梯度層不含立方相，所述第二梯度層含有立方相，所述芯部含有立方相；所述第一層梯度和第二梯度層中粘結(jié)相的含量分別高于和低于硬質(zhì)合金中粘結(jié)相的平均含量。其制備方法為按設(shè)計(jì)組分配鎢源、鈷源、鈦源、鉭源、鈮源、鋯源、鉿源、碳源；將配取的原料加入球磨機(jī)中進(jìn)行濕磨后經(jīng)干燥、壓制成型處理得到壓坯；對(duì)壓坯兩段燒結(jié)，得到表面具有雙層梯度硬質(zhì)合金。本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，制備工藝簡(jiǎn)單可控，便于大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用。
【專利說(shuō)明】
-種表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于硬質(zhì)合金技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金 及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 硬質(zhì)合金是一種W難烙金屬化合物(WC，TiC，hC和師C等）為基體，W過(guò)渡族金屬 (Co，化，Ni)為粘結(jié)相，通過(guò)粉末冶金方法制備的金屬陶瓷工具材料。硬質(zhì)合金具有高強(qiáng)度、 高硬度、高彈性模量、耐磨損、耐腐蝕、低熱膨脹系數(shù)W及高化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為"工 業(yè)的牙齒"，廣泛地用作刀具、鉆具、耐磨零件等。隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)硬質(zhì)合金刀 具的性能提出了更高的要求。為提高硬質(zhì)合金切削工具的使用壽命和切削性能，提高加工 效率，通常采用化學(xué)氣相沉積（chemical vapor deposition，CVD)和物理氣相沉積 (地ysical vapor deposition，PVD)方法在刀具基體上涂覆硬度高、耐磨性好的金屬或非 金屬化合物(如TiC，TiN，Ti(C，N)，Al203和Zr化單層、多層或復(fù)合多層等）的薄層。但是，涂層 與硬質(zhì)合金基體的熱膨脹系數(shù)不同，涂層工具材料在冷卻過(guò)程中由于熱應(yīng)力作用易產(chǎn)生裂 紋。由于涂層材料的脆性，通常裂紋更容易在涂層表面產(chǎn)生并向內(nèi)部擴(kuò)展。為了盡可能防止 由于裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展而導(dǎo)致的材料失效，W獲得高性能的硬質(zhì)合金切削刀具材料，通常要 在涂層之前對(duì)含氮硬質(zhì)合金基體進(jìn)行脫氮燒結(jié)，在N和Ti的禪合擴(kuò)散作用下使基體表面區(qū) 形成不含立方相的初性區(qū)，即脫e層。該梯度層(脫e層)相應(yīng)的粘結(jié)劑含量高于基體名義粘 結(jié)劑含量，其良好的初性可吸收裂紋擴(kuò)展時(shí)的能量，有效地阻止涂層中形成的裂紋向合金 內(nèi)部擴(kuò)展、提高界面結(jié)合強(qiáng)度和降低界面應(yīng)力集中，延長(zhǎng)合金切削工具的使用壽命。目前， 國(guó)內(nèi)外大多脫e層梯度硬質(zhì)合金采用的初始成分為WC-Ti(C，N)-Co,為進(jìn)一步提高合金的高 溫性能、抗月牙法磨損及抗后刀面磨損性能，通常在初始成分基礎(chǔ)上添加 TaC、師C或（Ta， Nb)C等立方相粉末。
[0003] 脫e層梯度硬質(zhì)合金的制備過(guò)程設(shè)及復(fù)雜的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，眾多工藝參數(shù) (化學(xué)成分、燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間和燒結(jié)氣氛等)都對(duì)其顯微結(jié)構(gòu)和性能有顯著的影響。迄今 為止，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)脫e層梯度硬質(zhì)合金梯度燒結(jié)過(guò)程中的顯微組織結(jié)構(gòu)演變及梯度區(qū)的 形成機(jī)理做了大量的研究工作，并詳細(xì)研究了不同工藝參數(shù)對(duì)梯度層厚度和性能的影響。 隨著研究工作的更加系統(tǒng)和深入，脫e層梯度硬質(zhì)合金材料的綜合性能仍在不斷提高，但都 未曾在現(xiàn)有脫e層基礎(chǔ)上提出新型的梯度結(jié)構(gòu)。同時(shí)經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)：目前利用立方相溶解度間 隙在現(xiàn)有脫e層梯度硬質(zhì)合金基礎(chǔ)上制備新型梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金還尚未?？谘芯?。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 在本發(fā)明研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)ZrC/HfC具有高烙點(diǎn)和高硬度，在粘結(jié)相中微量固溶可 抑制合金發(fā)生塑性變形。同時(shí)，ZrC/HfC可與Ti(C，N)存在溶解度間隙。當(dāng)在WC-Ti(C，N)-C〇- (化C/NbC)基礎(chǔ)上添加 ZrC/HfC達(dá)到某個(gè)限度后，合金會(huì)出現(xiàn)立方相的溶解度間隙，即形成 另外一種具有同樣結(jié)構(gòu)但合金成分有所區(qū)別（富Ti-(化/師)和富Zr/Hf)的兩種立方相。運(yùn) 種溶解度間隙的存在對(duì)材料的結(jié)構(gòu)和性能有著重要的影響，它往往是結(jié)構(gòu)和性能變化的轉(zhuǎn) 折點(diǎn)，形成不同類型的結(jié)構(gòu)和具有意想不到的性能。
[0005] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，基于上述研究提供一種表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬 質(zhì)合金及其制備方法。
[0006] 本發(fā)明一種表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金，所述硬質(zhì)合金從外到里包括第一 梯度層、第二梯度層、忍層。所述第一梯度層不含立方相，所述第二梯度層含有立方相，所述 忍部含有立方相;所述第一層梯度和第二梯度層中粘接相的含量分別高于和低于硬質(zhì)合金 中粘接相的平均含量。
[0007] 作為優(yōu)選方案;本發(fā)明一種表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金，所述硬質(zhì)合金由 WC、Co、立方相組成;所述硬質(zhì)合金由WC、Co、立方相組成;所述立方相包括富Ti立方相和富 Zr/Hf立方相；
[000引所述第一梯度層中僅含有WC和Co兩相，不含立方相且Co含量高于硬質(zhì)合金中Co的 平均含量；
[0009] 所述第二梯度層由WC、Co和立方相構(gòu)成;所述第二梯度層的Ti含量高于硬質(zhì)合金 中T i的平均含量，而Co、Zr/Hf的含量分別低于硬質(zhì)合金中Co、Zr/Hf的平均含量。
[0010] 作為優(yōu)選方案;本發(fā)明一種表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金，所述硬質(zhì)合金W 質(zhì)量百分比計(jì)包括下述組分：
[0011] Co: 6-12 % ;優(yōu)選為6-10 %、進(jìn)一步優(yōu)選為7-9 % ;
[0012] Ti :1-5% ;優(yōu)選為2-4%
[0013] 化:0-5%;
[0014] 佩:0-5%;
[0015] Zr/Hf :1.5-4.5% ；
[0016] N:0.08-0.3%，
[0017] 余量為WC。
[001引作為優(yōu)選，所述硬質(zhì)合金中化、佩的含量為l-4wt%、優(yōu)選為l-2wt%。
[0019] 作為優(yōu)選，所述硬質(zhì)合金中Zr/Hf的含量為2-4wt%。
[0020] 在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，本發(fā)明一種表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金，所述硬質(zhì)合金W 鉆為粘結(jié)相，W碳化鶴、碳氮化鐵、碳化粗/妮、碳氮化錯(cuò)/給等碳化物、氮化物和/或碳氮化 物作為硬質(zhì)相。
[0021] 作為優(yōu)選方案;本發(fā)明一種表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金，所述第一梯度層 的厚度為3-70曲1，所述第二梯度層的厚度為3-70WI1。
[0022] 作為優(yōu)選方案；所述硬質(zhì)合金由WC、Co、立方相組成；所述立方相包括富Ti-(化/ 佩)立方相和富Zr/Hf立方相；
[0023] 所述第一梯度層中僅含有WC和Co兩相，不含立方相且Co含量高于硬質(zhì)合金中Co的 平均含量；
[0024] 作為優(yōu)選方案;本發(fā)明一種表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金，所述第一梯度層 Co含量為硬質(zhì)合金平均Co含量的1.5-3倍;第二梯度層中Co含量為硬質(zhì)合金平均Co含量的 0.5-0.9倍，第二梯度層中^-(化/抓)含量為整個(gè)硬質(zhì)合金質(zhì)量的3-12%，Zr/Hf含量為整 個(gè)硬質(zhì)合金質(zhì)量的0.5-4%。
[0025] 所述第二梯度層由WC、Co和立方相構(gòu)成;所述第二梯度層的Ti-(化/Nb)含量高于 硬質(zhì)合金中Ti-(Ta/Nb)的平均含量，而Co、Zr/Hf的含量分別低于硬質(zhì)合金中Co、Zr/Hf的平 均含量。
[0026] 本發(fā)明一種制備表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金的方法;包括下述步驟：
[0027] 步驟一
[0028] 按設(shè)計(jì)組分配鶴源、鉆源、鐵源、粗源、妮源、錯(cuò)源、給源、碳源；
[0029] 步驟二
[0030] 將配取的原料加入球磨機(jī)中進(jìn)行濕磨后經(jīng)干燥、壓制成型處理得到壓巧;對(duì)壓巧 兩段燒結(jié)，得到表面具有雙層梯度硬質(zhì)合金;所述兩段燒結(jié)為:首先在真空氣氛下進(jìn)行真空 燒結(jié)，當(dāng)爐溫升至950-1050°C、優(yōu)選為980-1030°C、進(jìn)一步優(yōu)選為995-1005°C時(shí)通入氮?dú)獠?升溫至1350-1385°C、優(yōu)選為1360-1380°C、進(jìn)一步優(yōu)選為1365-1375°C進(jìn)行燒結(jié)，然后再抽 真空并通入氣氣，接著升溫至1450-1475°C保溫?zé)Y(jié)，得到表面具有雙層梯度硬質(zhì)合金。
[0031] 本發(fā)明一種制備表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金的方法;步驟二中，首先在真 空氣氛下進(jìn)行真空燒結(jié)，在爐溫升至950-1050°C前就對(duì)壓巧完成了成形劑W及氧的脫除。
[0032] 本發(fā)明一種制備表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金的方法;所述鶴源為WC粉、碳 化鶴鐵粉中至少一種與單質(zhì)鶴粉所組成的混合物;優(yōu)選為由WC粉、碳化鶴鐵粉、單質(zhì)鶴粉所 組成的混合物。
[0033] 本發(fā)明一種制備表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金的方法;所述鉆源選自Co粉。 本發(fā)明一種制備表面具有雙層梯度硬質(zhì)合金的方法;所述鐵源選自碳化鶴鐵粉、碳化鐵粉 末、氮化鐵粉末、碳氮化鐵粉末中的至少一種;優(yōu)選為碳化鶴鐵粉和碳氮化鐵粉末；
[0034] 本發(fā)明一種制備表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金的方法;所述粗源選自碳化粗 粉、碳化鶴粗粉、碳化鶴鐵粗粉末中的至少一種;優(yōu)選為碳化粗粉末；
[0035] 本發(fā)明一種制備表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金的方法;所述妮源選自碳化妮 粉、碳化鶴妮粉、碳化鶴鐵妮粉末中的至少一種;優(yōu)選為碳化妮粉末；
[0036] 本發(fā)明一種制備表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金的方法;所述錯(cuò)源選自碳化錯(cuò) 粉，碳化鐵錯(cuò)粉末中的至少一種;優(yōu)選為碳化錯(cuò)粉末；
[0037] 本發(fā)明一種制備表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金的方法;所述給源選自碳化給 粉，碳化鐵給粉末中的至少一種;優(yōu)選為碳化給粉末。
[0038] 本發(fā)明一種制備表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金的方法;所述碳源由WC粉、碳 化鐵粉末、碳化鶴鐵粉、碳氮化鐵粉末、碳化粗粉、碳化妮粉、碳化錯(cuò)粉、碳化給粉及碳粉提 供。
[0039] 本發(fā)明一種制備表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金的方法;所述WC粉的粒度為3- 6]im;所述鉆粉的粒度為0.8-2]im;所述碳氮化鐵粉末的粒度為1 -4皿;所述碳化粗粉末的粒 度為1-4WI1;所述碳化妮粉末的粒度為1-4WI1;所述的碳化錯(cuò)粉的粒度為1-4WH;所述碳化給 粉末的粒度為1-4WI1;所述碳化鐵粉末與氮化鐵粉末的粉末粒度均為1-4皿;所述單質(zhì)鶴粉 的粒度為1-4皿。
[0040] 本發(fā)明一種制備表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金的方法;通入氮?dú)夂?，W4-5 °C/min升溫至1350-1385°C;并在1350-1385°C保溫50-70分鐘，通入氮?dú)夂鬆t內(nèi)的壓力為 4000-6000Pa；
[0041] 再抽真空并通入氣氣，接著升溫至1450-1475°C保溫?zé)Y(jié)1-3小時(shí)，隨爐冷卻，得到 表面具有雙層梯度硬質(zhì)合金;通入氣氣后，爐內(nèi)壓力為4000-6000Pa;升溫至1450-1475 °C 時(shí)，采用的升溫速率為4-5 °C/min。
[0042] 本發(fā)明一種制備表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金的方法;濕磨時(shí)控制磨球與原 料的質(zhì)量比為5:1-8:1，控制球磨介質(zhì)與原料的比例為250-350ml/Kg，所述球磨介質(zhì)為酒 精;所述濕磨的轉(zhuǎn)速為200-260轉(zhuǎn)/分鐘，濕磨的時(shí)間為10-30小時(shí)。
[0043] 本發(fā)明一種制備表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金的方法;所制備的硬質(zhì)合金特 別適用于涂層基體;該涂層基體與涂層種類、施涂工藝的協(xié)同作用下，能得到性能優(yōu)越的帶 涂層的特殊材料。
[0044] 原理和優(yōu)勢(shì)
[0045] 本發(fā)明首次設(shè)計(jì)了雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金，通過(guò)結(jié)構(gòu)與組分的協(xié)同作用，增強(qiáng) 了硬質(zhì)合金的性能。
[0046] 本發(fā)明，當(dāng)原料中含有ZrC/HfC與Ti(C，N)時(shí)，通過(guò)ZrC/HfC與Ti(C，N)溶解度間隙， 制得了性能優(yōu)越的表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金。
[0047] 本發(fā)明在傳統(tǒng)的脫0層梯度硬質(zhì)合金成分基礎(chǔ)上添加適量的化C/HfC立方相粉末， 控制合金成分處于立方相溶解度間隙內(nèi)，采用梯度燒結(jié)即可制備表面雙層梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合 金
[0048] 本發(fā)明梯度燒結(jié)采用脫氮工藝，利用N和Ti-(化/Nb)的禪合擴(kuò)散作用，促使合金表 面的立方碳氮化合物的分解，使得Ti-(化/Nb)和Zr/Hf由合金表面向忍部方向遷移，從而形 成合金的第一層僅含WC和Co的兩相結(jié)構(gòu)的梯度層。表面第一層梯度中幾乎不含有Ti-(化/ Nb)和Zr/Hf元素，但富集Co元素。由于存在立方相溶解度間隙，由合金表面向內(nèi)遷移的Ti- (Ta/Nb)在次表層不斷累積，導(dǎo)致富Ti-(Ta/師)立方相不斷增加，富Zr/Hf立方相不斷減少 直至消失，從而形成了第二層梯度結(jié)構(gòu)。第二層高立方相梯度結(jié)構(gòu)含有WC，粘結(jié)相和富Ti- (Ta/Nb)立方相S相，且富Ti-(化/Nb)立方相的含量高于合金忍部。表面雙層梯度結(jié)構(gòu)內(nèi)的 忍部為均質(zhì)合金，含有WC、Co、富Ti-(化/Nb)和富Zr/Hf立方相的四相結(jié)構(gòu)。
【附圖說(shuō)明】
[0049] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例1所制備的表面雙層梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的SEM照片。
[0050] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1所制備的表面雙層梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的Co、Ti、Zr元素的成 分距離曲線化PMA測(cè)定）。
[0051] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例7所制備的表面雙層梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的Co、Ti、Hf元素的成 分距離曲線化PMA測(cè)定）。
[0052] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例8所制備的表面雙層梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的Co、Ti、Hf、化元素的 成分距離曲線化PMA測(cè)定）。圖5是本發(fā)明實(shí)施例10所制備的表面雙層梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的 Co、Ti、Hf、佩元素的成分距離曲線化PMA測(cè)定）。
[0053] 圖6是對(duì)比例1所制備的表面單層梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的沈M照片和Co、Ti、化元素的 成分距離曲線化PMA測(cè)定）。
[0054] 從圖1中可W看出，合金經(jīng)梯度燒結(jié)后表面出現(xiàn)雙層梯度，第一梯度層中僅含有WC 和粘結(jié)相，第二梯度層由WC、Co和富Ti立方相構(gòu)成，忍部由WC、Co、富Ti和富化立方相構(gòu)成。 此外，兩層梯度層的厚度大致相同。
[0055] 從圖2中可W看出，第一梯度層中幾乎不含有Ti和Zr元素，Co含量高于硬質(zhì)合金中 Co的平均含量。第二梯度層中Ti含量高于硬質(zhì)合金中Ti的平均含量，而Co和Zr的含量分別 低于硬質(zhì)合金中Co和Zr的平均含量。
[0056] 從圖3中可W看出，第一梯度層中幾乎不含有Ti和Hf元素，Co含量高于硬質(zhì)合金中 Co的平均含量。第二梯度層中Ti含量高于硬質(zhì)合金中Ti的平均含量，而Co和Hf的含量分別 低于硬質(zhì)合金中Co和Hf的平均含量。
[0057] 從圖4中可W看出，第一梯度層中幾乎不含有TiJa和Hf元素，Co含量高于硬質(zhì)合 金中Co的平均含量。第二梯度層中Ti和化含量高于硬質(zhì)合金中Ti和化的平均含量，而Co和 Hf的含量分別低于硬質(zhì)合金中Co和Hf的平均含量。
[0058] 從圖5中可W看出，第一梯度層中幾乎不含有Ti、師和Hf元素，Co含量高于硬質(zhì)合 金中Co的平均含量。第二梯度層中Ti和Nb含量高于硬質(zhì)合金中Ti和師的平均含量，而Co和 Hf的含量分別低于硬質(zhì)合金中Co和Hf的平均含量。
[0059] 從圖6中可W看出，合金中僅存在單一梯度層，梯度層中幾乎不含有Ti和Zr元素， Co含量高于硬質(zhì)合金中Co的平均含量。
【具體實(shí)施方式】
[0060] 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(shuō)明。
[0061] 實(shí)施例1:
[006^ 步驟一：
[0063] 配置原料粉末：所述的硬質(zhì)合金粉末中，W質(zhì)量百分比計(jì)，包括:WC粉84.07%; (Ti，W)C粉2.15 % ;粘結(jié)相Co粉8 % ; Ti (C，N)粉2.76% ; ZrC粉2.28% 和W粉0.74%。所述的硬 質(zhì)合金粉末的合金成分為8%C〇-3%Ti-2%化-6.03%C-0.2%N-80.77%W。所述的WC粉的 粒度為5.31皿;（Ti，W)C粉的粒度為3.7皿;Co粉的粒度為0.83wIl;Ti(C，N)粉的粒度為1.12i^ m，C和N的原子比為0.7:0.3; ZrC粉的粒度為3.75皿。
[0064] 步驟二：
[0065] 將配取的原料粉末混合后裝入不誘鋼球磨桶，球料比為8:1，球磨介質(zhì)為酒精，濕 磨30h后滲入2wt. %的石蠟。濕磨后的料漿進(jìn)行真空干燥，干燥后80目過(guò)篩得到混合料;之 后利用壓機(jī)和模具將混合料壓成試樣壓巧，壓制壓力為200Mpa。
[0066] 步驟
[0067] 對(duì)壓制后的壓巧進(jìn)行燒結(jié)，首先采用脫蠟及脫氧工藝，到達(dá)looor時(shí)充入氮?dú)庵?爐內(nèi)壓力為5000化，并W4~5°C/min升溫至1370°C，保溫化，然后抽真空后通入5000化的氣 氣，升溫至1465°C，梯度燒結(jié)化，最后隨爐冷卻。
[0068] 結(jié)果顯示，采用該工藝制備的硬質(zhì)合金具有明顯的雙層梯度結(jié)構(gòu)，且兩層梯度層 的厚度接近，第一層和第二層梯度厚度分別為36.2和35.3WI1。
[0069] 實(shí)施例2至11:
[0070] 制備流程與實(shí)施例1相同，但使用其他的合金初始成分及梯度燒結(jié)工藝的實(shí)施例 分別如下表所示。
[0071]
[
[0073] 對(duì)比例1
[0074] 制備流程與實(shí)施例1相同，僅使用的合金初始成分有所不同，對(duì)比例中所述的硬質(zhì) 合金粉末的合金成分為8%Co-3%Ti-0.5%Zr-5.97%C-0.2%N-82.33%W。得到的是僅有 一個(gè)梯度層的硬質(zhì)合金。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金，其特征在于:所述硬質(zhì)合金從外到里包括 第一梯度層、第二梯度層、芯部;所述第一梯度層不含立方相，所述第二梯度層含有立方相， 所述芯部含有立方相;所述第一層梯度和第二梯度層中粘接相的含量分別高于和低于硬質(zhì) 合金中粘接相的平均含量。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金，其特征在于： 所述硬質(zhì)合金由WC、Co、立方相組成;所述立方相包括富Ti立方相和富Zr/Hf立方相； 所述第一梯度層中僅含有WC和Co兩相，不含立方相且Co含量高于硬質(zhì)合金中Co的平均 含量； 所述第二梯度層由WC、Co和立方相構(gòu)成;所述第二梯度層的Ti含量高于硬質(zhì)合金中Ti 的平均含量，而Co、Zr/Hf的含量分別低于硬質(zhì)合金中Co、Zr/Hf的平均含量。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金，其特征在于;所述硬 質(zhì)合金以質(zhì)量百分比包括下述組分： Co：6-12% ； Ti：l-5% ； Ta：0-5% ； Nb：0-5% ； Zr/Hf :1.5-4.5% ； N：0.08-0.3%, 余量為WC。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金，其特征在于： 所述第一梯度層的厚度為3_70μπι，所述第二梯度層的厚度為3-70μπι; 所述硬質(zhì)合金由WC、Co、立方相組成；所述立方相包括富Ti-(Ta/Nb)立方相和富Zr/Hf 立方相； 所述第一梯度層中僅含有WC和Co兩相，不含立方相且Co含量高于硬質(zhì)合金中Co的平均 含量； 所述第二梯度層由WC、Co和立方相構(gòu)成;所述第二梯度層的Ti-(Ta/Nb)含量高于硬質(zhì) 合金中Ti-(Ta/Nb)的平均含量，而Co、Zr/Hf的含量分別低于硬質(zhì)合金中Co、Zr/Hf的平均含 量。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金，其特征在于： 所述第一梯度層Co含量為硬質(zhì)合金平均Co含量的1.5-3倍;第二梯度層中Co含量為硬 質(zhì)合金平均Co含量的0.5-0.9倍，第二梯度層中Ti-(Ta/Nb)含量為整個(gè)硬質(zhì)合金質(zhì)量的3-l2%，Zr/Hf含量為整個(gè)硬質(zhì)合金質(zhì)量的0.5-4%。6. -種制備權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金的方法； 其特征在于包括下述步驟： 步驟一 按設(shè)計(jì)組分配鎢源、鈷源、鈦源、鉭源、鈮源、鋯源、鉿源、碳源； 步驟二 將配取的原料加入球磨機(jī)中進(jìn)行濕磨后經(jīng)干燥、壓制成型處理得到壓坯;對(duì)壓坯兩段 燒結(jié)，得到表面具有雙層梯度硬質(zhì)合金;所述兩段燒結(jié)為：首先在真空氣氛下進(jìn)行真空燒 結(jié)，當(dāng)爐溫升至950-105(TC時(shí)通入氮?dú)獠⑸郎刂?350-1385Γ進(jìn)行燒結(jié)，然后再抽真空并通 入氬氣，接著升溫至1450-1475Γ保溫?zé)Y(jié)，得到表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金的制備方法;其特征 在于： 所述鎢源為WC粉、碳化鎢鈦粉中至少一種與單質(zhì)鎢粉所組成的混合物； 所述鈷源選自CQ粉;所述鈦源選自碳化鎢鈦粉、碳化鈦粉末、氮化鈦粉末、碳氮化鈦粉 末中的至少一種； 所述鉭源選自碳化鉭粉、碳化鎢鉭粉、碳化鎢鈦鉭粉末中的至少一種； 所述鈮源選自碳化鈮粉、碳化鎢鈮粉、碳化鎢鈦鈮粉末中的至少一種； 所述鋯源選自碳化鋯粉，碳化鈦鋯粉末中的至少一種； 所述鉿源選自碳化鉿粉，碳化鈦鉿粉末中的至少一種； 所述碳源由WC粉、碳化鈦粉末、碳化鎢鈦粉、碳氮化鈦粉末、碳化鉭粉、碳化鈮粉、碳化 錯(cuò)粉、碳化鉿粉及碳粉提供。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金的制備方法;其特征 在于： 所述碳化鎢粉的粒度為3_6μπι;所述碳化鎢鈦粉的粒度為1_4μπι;所述鈷粉的粒度為 0.8-2μηι;所述碳氮化鈦粉末的粒度為1-4μηι;所述碳化鉭粉末的粒度為1-4μηι;所述碳化銀 粉末的粒度為1 _4μπι;所述的碳化鋯粉的粒度為1 _4μπι;所述碳化鉿粉末的粒度為1 _4μπι;所 述碳化鈦粉末與氮化鈦粉末的粉末粒度均為1 _4μπι;所述單質(zhì)鎢粉的粒度為1 -4μπι。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金的制備方法;其特征 在于： 通入氮?dú)夂螅?_5°C/min升溫至1350-1385°C;并在1350-1385°C保溫50-70分鐘，通入 氮?dú)夂鬆t內(nèi)的壓力為4000_6000Pa; 再抽真空并通入氬氣，接著升溫至1450-1475Γ保溫?zé)Y(jié)1-3小時(shí)，隨爐冷卻，得到表面 具有雙層梯度硬質(zhì)合金;通入氬氣后，爐內(nèi)壓力為4000-6000Pa;升溫至1450-1475°C時(shí)，采 用的升溫速率為4-5 °C/min。10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種表面具有雙層梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金的制備方法;其特征 在于：濕磨時(shí)控制磨球與原料的質(zhì)量比為5:1-8:1，控制球磨介質(zhì)與原料的比例為250-350ml/Kg，所述球磨介質(zhì)為酒精;所述濕磨的轉(zhuǎn)速為200-260轉(zhuǎn)/分鐘，濕磨的時(shí)間為10-30 小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C22C29/08GK106048360SQ201610541860
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月11日
【發(fā)明人】張偉彬, 杜勇, 彭英彪, 李娜, 何旭文, 周鵬, 謝文
【申請(qǐng)人】中南大學(xué)