一种基于高温高强度粘结相的硬质合金材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无机材料领域，涉及一种合金材料，具体涉及一种基于高温高强度粘 结相的硬质合金材料。
【背景技术】
[0002] 硬质合金号称"工业的牙齿"，是一种高效工具材料和结构材料，主要应用于数控 机床精密加工刀具技术领域，还可用于模具和凿岩、矿山、建筑等工程机械耐磨技术领域， 对工业发展和科技进步起到了重要的推动作用。
[0003] 传统硬质合金是以Co、Ni、Fe单质元素为粘结相、以WC为硬质相。随着使用温度 的升高，特别是在400°C以上，Co、Ni、Fe单质元素为粘结相和WC硬质相开始发生氧化，WC 氧化生成W03,Co氧化生成CoWO4，氧化物疏松多孔，不具有保护性，导致传统硬质合金抗弯 强度、硬度等性能显著降低，高温使用寿命也显著降低。文献1(徐涛，硬质合金高端产品及 新材料发展趋势分析，硬质合金，2011，28 (6) :395-402)报道了采用Ni3Al合金代替Co作为 硬质合金粘结相。然而，镍铝合金依据铝的含量不同存在多种相，不同相的物理化学性能不 同，采用Ni3Al合金作为硬质合金粘结相，存在硬质合金产品质量性能不可控的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种基于高温高强度粘结相的硬 质合金材料。
[0005] 为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种基于高温高强度粘结相的硬 质合金材料，所述硬质合金材料由以下重量百分比的组分组成~20%粘结相，80%~ 99%硬质相，其特征在于：所述粘结相为CoCrAlY，所述粘结相中各元素的重量百分比为： Co:43~74.5%，Cr:20~40%，Al:5~15%，Y:0? 5~2%。
[0006] 优化地，所述硬质相为WC。
[0007] 优化地，所述WC的粒度为0. 1~I. 5ym，所述CoCrAlY的粒度为2~10ym。
[0008] 由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明基于高温 高强度粘结相的硬质合金材料，通过向硬质相中加入精确含量的CoCrAlY粘结相用于制作 硬质合金工具，这样制得的硬质合金材料具有意想不到的效果：粘结相高温强度好，制得的 硬质合金工具高温强度高、硬度高；硬质合金工具表面能够形成致密氧化铝保护膜，抗氧化 温度达到l〇〇〇°C以上，并且抗硫化和抗各种介质腐蚀，硬质合金工具可在高温和恶劣的环 境下工作。
【具体实施方式】
[0009] 本发明基于高温高强度粘结相的硬质合金材料，所述硬质合金材料由以下重量 百分比的组分组成~20 %粘结相，80 %~99 %硬质相，其特征在于：所述粘结相为 CoCrAlY，所述粘结相中各元素的重量百分比为：Co:43~74. 5%，Cr:20~40%，Al:5~ 15%，Y:0. 5~2%。本发明基于高温高强度粘结相的硬质合金材料，通过向硬质相中加入 精确含量的CoCrAlY粘结相用于制作硬质合金工具，这样制得的硬质合金材料具有意想不 到的效果：粘结相高温强度好，制得的硬质合金工具高温强度高、硬度高；硬质合金工具表 面能够形成致密氧化铝保护膜，抗氧化温度达到l〇〇〇°C以上，并且抗硫化和抗各种介质腐 蚀，硬质合金工具可在高温和恶劣的环境下工作。
[0010] 所述硬质相优选为WC。所述WC的粒度为0. 1~I. 5ym，所述CoCrAlY的粒度为 2~10ym，产生了意想不到的效果：有利于各成分的均匀混合，提高硬质合金工具的质量。
[0011] 下面将对本发明优选实施方案进行详细说明。
[0012] 实施例1
[0013] 本实施例提供一种基于高温高强度粘结相的硬质合金材料，用于制作硬质合金 刀具，具体为：硬质相和粘结相的重量百分比分别为92%、8% ;粘结相为CoCrAlY合金， 其组成元素的重量百分比中Co、Cr、Al、Y分别为60%、32%、7%、1% ;硬质相为WC。将 该基于高温高强度粘结相的硬质合金材料制作成对应的合金刀具，具体方法为：将粒度 为I. 5ym的WC粉末和8ym的CoCrAlY粉末均匀混合，在150MPa7令压成型，于1460。。真 空烧结硬质合金刀具材料样品。按GB3851-83,将其加工成尺寸为21mmX6. 5mmX5. 3mm 试样，在Instr〇n8032材料试验机上进行室温和700°C抗弯强度测试；再加工尺寸为 IOmmX6. 5mmX5. 3mm另一试样，试样表面经0. 5ym金刚石研磨抛光，放入箱式电阻炉进行 700°C、4h氧化增重试验，以及进行室温硬度测试；为了对比，将传统YG8硬质合金加工成相 同尺寸进行相同试验。
[0014] 实施例2
[0015] 本实施例提供一种基于高温高强度粘结相的硬质合金材料，用于制作硬质合金 刀具，具体为：硬质相和粘结相的重量百分比分别为99%、1% ;粘结相为CoCrAlY合金， 其组成元素的重量百分比中Co、Cr、Al、Y分别为74. 5%、20%、5%、0. 5% ;硬质相为WC。 将该基于高温高强度粘结相的硬质合金材料制作成对应的合金刀具，具体方法为：将粒 度为0.Iym的WC粉末和2ym的CoCrAlY均匀混合，在200MPa冷压成型，于1480°C真 空烧结硬质合金刀具材料样品。按GB3851-83,将其加工成尺寸为21mmX6. 5mmX5. 3mm 试样，在Instr〇n8032材料试验机上进行室温和700°C抗弯强度测试；再加工尺寸为 IOmmX6. 5mmX5. 3mm另一试样，试样表面经0. 5ym金刚石研磨抛光，放入箱式电阻炉进行 700°C、4h氧化增重试验，以及进行室温硬度测试。
[0016] 实施例3
[0017] 本实施例提供一种基于高温高强度粘结相的硬质合金材料，用于制作硬质合金 刀具，具体为：硬质相和粘结相的重量百分比分别为80%、20% ;粘结相为CoCrAlY合金， 其组成元素的重量百分比中Co、Cr、Al、Y分别为43%、40%、15%、2%;硬质相为沉。将 该基于高温高强度粘结相的硬质合金材料制作成对应的合金刀具，具体方法为：将粒度 为Iym的WC粉末和10ym的CoCrAlY粉末均匀混合，在150MPa冷压成型，于1450°C真 空烧结硬质合金刀具材料样品。按GB3851-83,将其加工成尺寸为21mmX6. 5mmX5. 3mm 试样，在Instr〇n8032材料试验机上进行室温和700°C抗弯强度测试；再加工尺寸为 IOmmX6. 5mmX5. 3mm另一试样，试样表面经0. 5ym金刚石研磨抛光，放入箱式电阻炉进行 700°C、4h氧化增重试验，以及进行室温硬度测试。
[0018] 实施例1至实施例3中硬质合金材料、传统YG8硬质合金测得的数据见表1。可以 看出，实施例1至3中合金材料制得的刀具硬度、强度与传统YG8硬质合金相当，而700°C抗 弯强度基本不降低，700°C、4h氧化增重比传统YG8硬质合金低2个数量级。
[0019] 表1实施例1-3硬质合金材料与传统YG8硬质合金性能对比测试结果
[0021] 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人 士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明 精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于高温高强度粘结相的硬质合金材料，所述硬质合金材料由以下重量百分 比的组分组成~20%粘结相，80%~99%硬质相，其特征在于：所述粘结相为CoCrAlY， 所述粘结相中各元素的重量百分比为：Co :43~74. 5%，Cr :20~40%，Al :5~15%，Y : 0? 5 ~2%〇2. 根据权利要求1所述的基于高温高强度粘结相的硬质合金材料，其特征在于：所述 硬质相为WC。3. 根据权利要求1所述的基于高温高强度粘结相的硬质合金材料，其特征在于：所述 WC的粒度为0? 1~I. 5 y m，所述CoCrAlY的粒度为2~10 y m。
【专利摘要】本发明涉及一种基于高温高强度粘结相的硬质合金材料，所述硬质合金材料由以下重量百分比的组分组成：1～20％粘结相，80％～99％硬质相，其特征在于：所述粘结相为CoCrAlY，所述粘结相中各元素的重量百分比为：Co：43～74.5％，Cr：20～40％，Al：5～15％，Y：0.5～2％。本发明基于高温高强度粘结相的硬质合金材料，通过向硬质相中加入精确含量的CoCrAlY粘结相用于制作硬质合金工具，这样制得的硬质合金材料具有意想不到的效果：粘结相高温强度好，制得的硬质合金工具高温强度高、硬度高；硬质合金工具表面能够形成致密氧化铝保护膜，抗氧化温度达到1000℃以上，并且抗硫化和抗各种介质腐蚀，硬质合金工具可在高温和恶劣的环境下工作。
【IPC分类】C22C29/08
【公开号】CN105002410
【申请号】CN201510541909
【发明人】华云峰
【申请人】苏州西凌铂睿特种材料有限公司
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年8月31日