专利名称：一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体及制备方法
技术领域：
本发明属于一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体及制备方法。
背景技术：
碳化钩铝硬质合金是近几年研究发展的新兴技术材料，碳化钨铝是
指部分Al原子进入WC晶格中钨的格位而形成的替位式固溶体合金。它 在具有碳化钨的高硬度，高耐磨性的基础上又兼备了铝的轻质、抗氧化 性及优良的延展性性。我们在成功地制备出碳化钨铝-钴硬质合金合金烧 结体的基础上，成功地研制出三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体，使 该合金不仅具有高的硬度(显微硬度大于1800 GPa)，还具有很高的弯 曲强度(1500MPa以上)并且具有较低的密度(富铝合金的密度可达 4.8g/cm3)。碳化钩铝硬质合金正在发展成为新型高硬度、高强度、良好 加工性、抗氧化温度高的新型硬质合金，该材料有望在机械加工工具、 玻璃切割、锻模、拉模、轧辊、油井钻具、矿山钻具、开凿钻具及电触 点材料等方面得到应用。
碳化钨铝与碳化钨相比具有很多相似性和不同性具有相同的六方 结构，都有硬度大，脆性高的特点。碳化钨铝和碳化物的最大不同点是 碳化钩铝可以成功地制备具有碳缺位的碳化物铝-钴硬质合金烧结体，该 合金具有更高的硬度。碳化钨铝这种特性可以让我们制备多比例的三层 夹心式碳化鹆铝硬质合金。我们以硬度高，耐磨性好的碳缺位型碳化钨铝作为外层，以韧性好，抗冲击力强的无碳缺位型碳化钨铝作为中间层， 制备出性能优越的硬质合金材料。
迄今为止，有关三层夹心式碳化钨铝硬质合金的研究国内外尚无报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳化钨铝硬质合金烧结体。该合金具有 三层夹心式结构，外层由碳缺位型碳化钨铝组成，内层是无碳缺位的 碳化钩铝。该合金既具有高的硬度、耐磨性，又具有高的强度、韧性 和抗冲击力。
一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体，其由外层是碳缺位型 碳化钨铝，内层是无碳缺位的碳化钨铝组成的；其化学式为;其中，Co在烧结体 中每层所占的质量分数均为3 %~30 %;
所述的外层的碳缺位型碳化钨铝的表达式为(W^Alx)Cy-Co， 式中x=0.1 0.86,y=0.5 0.95;
所述的内层无碳缺位的碳化钨铝的表达式为(WkAl。C-C0)，式
中x=0.1~0,86。
制备三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体方法的步骤和条件如
下选择碳缺位的碳化钨铝粉末，其化学式为(WkAlx)Cy，式中，
x-0.1-0.86, y=0.5 0.95;无碳缺位的的碳化鸨铝粉末，其化学式为 (W^Alx)C，式中，x=0.1-0.86;和钴粉为原料；按组成的化学式计算
称取钴粉和碳化钨铝粉末球磨混合，接着进行成型在模具里先铺一
层(W]-xAl》Cy-Co粉末，接着铺一层(W^Al》C-Co粉末，再铺一层 (W^Al。Cy-Co粉末，上中下三层的厚度比为1:N:1 (N=l 10);在液 压成型机中，400MPa的压力下冷压成型，然后分别在真空烧结炉和 热压烧结机中进行真空烧结和热压烧结，真空烧结的温度为 1400°C-1600°C,真空度为10-3Pa，烧结时间为5-30分钟；热压烧结 的温度为1350°C-1600°C，压力10-37.5MPa，烧结时间为2-30分钟，
得到三层夹心式碳化钨铝硬质合金的烧结体，该烧结体的化学式为 [-(W-xAlx)C-Co〗-[(WkAlx)Cy-Co]，式中x=0.1 0.86, y=0.5 0.95。该烧结体的致密度为98-99.8%。机械性能为显微硬度13GPa-21 GPa，弯曲强度1600MPa-2500MPa。
有益效果本发明采用碳化钨铝合金粉末和钴粉为原料，采用真 空烧结装置和热压烧结装置，成功的制备出致密度高,性能优越的三 层碳化钨铝硬质合金材料。外层碳缺位.型碳化钨铝硬度高，内层无碳 缺位的碳化钨铝韧性好，克服了传统的硬质合金体以牺牲产品硬度来 提高韧性和强度的弊端，因此夹心式碳化钨铝合金体既具有高的耐磨 性，又具有高的抗冲击韧性，可广泛的用于制备切削刀具，辊轴，钻 探工具等。本发明得到二层夹心式碳化钨铝硬质合金该烧结体的致密 度为98-99.8%。机械性能为显微硬度13GPa-21 GPa，弯曲强度 1600MPa-2500MPa。
图1:为二层夹心式-(W0.5Al05)C-10wt%Co-[(W05Al0 5)C05-3 wt%Co〗
碳化钨铝硬质合金烧结体的断面扫描电镜图。
图2:为三层夹心式-(W0.8Al02)C-l 5wt%Co-[(W08Al0 2)C0.5-8wt%
Co]碳化钨铝硬质合金烧结体的断面扫描电镜图。
具体实施例方式
实施例l:将(WoVU(u)Ca5粉和是总重量3%的钴粉球磨混合均匀 铺到成型模具的底层和上层,把(W。.9A1Q1)粉和是总重量的10%混合 均匀的钴粉铺在中间一层,冷压成型，分别进行真空烧结和热压烧结， 真空烧结的条件为10,a,烧结温度为1600 °C，烧结时间为30分钟. 热压烧结的条件为10-巾a,压力40MPa，烧结温度为160(TC，烧结时间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。经过抛
光处理，真空烧结的样品相对密度为98.5%。显微硬度22GPa，弯曲 强度1600MPa;热压烧结的样品的致密度为99%。显微硬度22.3GPa， 弯曲强度1650MPa。
实施例2:将(Wq.9A1(h)Cq.5粉和是总重量的8%的钴粉球磨混合均 匀铺到成型模具的底层和上层,把(Wa9Alai) C粉和是总重量的15% 混合均匀的钴粉铺在中间一层，冷压成型，分别进行真空烧结和热压 烧结.真空烧结的条件为10—spa,烧结温度为1500 °C，烧结时间为30 分钟.热压烧结的条件为10"Pa，压力40MPa，烧结温度为1500°C，烧 结时间为5分钟，得到一种二层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。经 过抛光处理，真空烧结的样品的致密度为99%，显微硬度18GPa，弯 曲强度2000MPa;热压烧结的样品相对密度为99.1%。显微硬度 18.2GPa，弯曲强度2100MPa。
实施例3:将(Wo.9Al(u)C().5粉和是总重量的10%的钴粉球磨混合
均匀铺到成型模具的底层和上层,把(Wo.9Al(u)C粉和是总重量的30。/。 混合均匀的钴粉铺在中间一层,冷压成型，分别进行真空烧结和热压 烧结.真空烧结的条件为10"Pa,烧结温度为1380 °C，烧结时间为30 分钟.热压烧结的条件为10—屮a，压力40MPa，烧结温度为1380°C，烧 结时间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。经 过抛光处理，真空烧结的样品的致密度为99.1%。显微硬度15GPa， 弯曲强度2500MPa;烧结的样品的致密度为99.1。/。。显微硬度15.5GPa， 弯曲强度2520MPa。
实施例4:将(Wq.9A1(U)Q).95粉和是总重量的8%的钴粉球磨混合
均匀铺到成型模具的底层和上层,把(WQ.9Alai )C粉和是其重量的30%混合均匀的钴粉铺在中间一层,冷压成型.分别进行真空烧结和热压烧
结.真空烧结的条件为10—乍a，烧结温度为1450 °C，烧结时间为10分 钟.热压烧结的条件为10"Pa,压力40MPa，烧结温度1450°C烧结时间 为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。经过抛光 处理，相对密度为99%。显微硬度16GPa，弯曲强度2500MPa。
实施例5:将(W。.sAl。2)Ca5粉和是总重量的3%的钴粉球磨混合均 匀铺到成型模具的底层和上层,把(Wo.sAla2)C粉和是总重量的10%混 合均匀的钴粉铺在中间一层,冷压成型.分别进行真空烧结和热压烧结. 真空烧结的条件为10—卞a,烧结温度为1600 。C，烧结时间为30分钟. 热压烧结的条件为10—屮a,压力40MPa，烧结温度为1600。C,烧结时 间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。经过抛 光处理，真空烧结样品的致密度为98.5%，显微硬度23GPa，弯曲强 度1600MPa;热压烧结样品的致密度为99%，显微硬度23.2GPa，弯 曲强度1630MPa。
实施例6:将(Wo.sAla2)Q.5粉和是总重量的8%的钴粉球磨混合均 匀铺到成型模具的底层和上层,把((Wc.sAl(u)C粉和是总重量的15% 混合均匀的钴粉铺在中间一层,冷压成型.分别进行真空烧结和热压烧 结.真空烧结的条件为1(^Pa,烧结温度为1500 °C，烧结时间为30分 钟.热压烧结的条件为10"Pa,压力40MPa，烧结温度为1500DC，烧结 时间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。经过 抛光处理，真空烧结的样品致密度为99%，显微硬度19GPa，弯曲强 度2200MPa;热压烧结的样品致密度为99.2°/。，显微硬度19.5GPa， 弯曲强度2250MPa。
实施例7:将(Wa8Al0.2)0).5粉和是总重量的10%的钴粉球磨混合均匀铺到成型模具的底层和上层,把(Wo.sAlo2)C粉和是总重量的30%
混合均匀的钻粉铺在中间一层,冷压成型。分别进行真空烧结和热压
烧结.真空烧结的条件为10,a,烧结温度为1380 QC,烧结时间为30 分钟.热压烧结的条件为10"Pa,压力40MPa，烧结温度为1380°C，烧 结时间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。经 过抛光处理，真空烧结样品的致密度为99.1%，显微硬度16GPa，弯 曲强度2600 MPa;热压烧结样品的致密度为99.5%，显微硬度16GPa， 弯曲强度2610 MPa。
实施例8:将(Wo.sA1().2)Cq.5粉和是总重量的8%的钴粉球磨混合均 匀铺到成型模具的底层和上层,把(Wo.sAla2)C粉和是总重量的30%混 合均匀的钴粉铺在中间一层,冷压成型，分别进行真空烧结和热压烧 结.真空烧结的条件为10—spa,烧结温度为1450 °C，烧结时间20分钟. 热压烧结的条件为10"Pa，压力40MPa，烧结温度1450°。烧结时间 为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。经过抛光 处理，相对密度为99%。显微硬度21GPa，弯曲强度2600MPa。
实施例9:将(W。.5Al。5)Ca5粉和是总重量的3%的钴粉球磨混合均
匀铺到成型模具的底层和上层,把(WQ.5Alo.5)C粉和是总重量的10%混
合均匀的钴粉铺在中间一层,冷压成型，分别进行真空烧结和热压烧 结.真空烧结的条件为10,a,烧结温度为1600 °C，烧结时间为30分 钟.热压烧结的条件为10—ipa,压力40MPa，烧结温度为1600°C，烧结 时间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。经过 抛光处理，真空烧结样品的致密度为98.8%，显微硬度24GPa，弯曲 强度2()00MPa;热压烧结样品的致密度为99.1%，显微硬度24.5GPa， 弯曲强度2100MPa。实施例10:将(Wa5Al。.5)Ca5粉和是总重量的8。/。的钴粉球磨混合 均匀铺到成型模具的底层和上层,把(Wo.5Ala5)C粉和是总重量的8% 混合均匀的钴粉铺在中间一层,冷压成型，分别进行真空烧结和热压 烧结.真空烧结的条件为10，a,烧结温度为1500 。C，烧结时间为30 分钟.热压烧结的条件为lO.ipa,压力40MPa，烧结温度为1500°C，烧 结时间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。经 过抛光处理，真空烧结样品的致密度为99.1%。显微硬度20GPa，弯 曲强度2500MPa;热压烧结样品的致密度为99.3%，显微硬度20.5GPa， 弯曲强度2550MPa。
实施例11:将(Wa5Ala5)Ca5粉和是总重量的10%的钴粉球磨混 合均匀，铺到成形模具底层和上层,把(Wo.5Ala5)C粉和是总重量的 30%的混合均匀的钴粉铺在中间一层,冷压成型.分别进行真空烧结和 热压烧结.真空烧结的条件为10-卞a,烧结温度为1380 °C，烧结时间 为30分钟.热压烧结的条件为10"Pa,压力40MPa，烧结温度为1380 °C，烧结时间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结 体。经过抛光处理，真空烧结样品的致密度为99.4。/。。显微硬度18GPa， 弯曲强度3000MPa;烧结样品的致密度为99.7%，显微硬度18.5GPa， 弯曲强度3100MPa。
实施例12:将(Wa5AlQ1)Ca95粉和是总重量的8%的钴粉球磨混 合均匀，铺到成形模具底层和上层,把(Wa5Ala5) C粉和是总重量的 30%的混合均匀的钴粉,铺在中间一层，冷压成型.分别进行真空烧结 和热压烧结.真空烧结的条件为1(^Pa,烧结温度为1450°C，烧结时间 20分钟.热压烧结的条件为10"Pa,压力40MPa，烧结温度1450°C，烧 结时间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。经过抛光处理，相对密度为99%。显微硬度22GPa，弯曲强度2500MPa。 实施例13:将(WQ.4AlQ.6)Ca5粉和是总重量的3%的钴粉球磨混合 均匀，铺到成形模具底层和上层,把(Wo.4Ala6)C粉和是总重量的10% 的混合均匀的钻粉,铺在中间一层，冷压成型.分别进行真空烧结和热 压烧结.真空烧结的条件为10^Pa,烧结温度为1600 °C，烧结时间为 30分钟.热压烧结的条件为10"Pa,压力40MPa，烧结温度为1600 °C， 烧结时间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。 经过抛光处理，真空烧结样品的致密度为98.7%，显微硬度25GPa， 弯曲强度1900MPa;热压烧结样品的致密度为99%，显微硬度 25.1GPa，弯曲强度1950MPa。
实施例14:将(WQ.4AlQ.6)Ca5粉和是总重量的8%的钴粉球磨混 合，铺到成形模具底层和上层,把(Wa4Alo.6)C粉和是总重量的15%的 混合均匀的钴粉,铺在中间一层,冷压成型.分别迸行真空烧结和热压 烧结.真空烧结的条件为10—spa,烧结温度为1500 DC，烧结时间为30 分钟.热压烧结的条件为10"Pa,压力40MPa，烧结温度为1500°C，烧 结时间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。经 过抛光处理，真空烧结样品的致密度为99.2%。显微硬度21GPa，弯 曲强度2500MPa;热压烧结样品的致密度为99.4%，显微硬度21GPa， 弯曲强度2580MPa。
实施例15:将(Wa4AlQ6)Ca5粉和是总重量的10%的钴粉球磨混 合，铺到成形模具底层和上层，把(W(uAl。.6)C粉和是总重量的30%的 混合均匀的钴粉,铺在中间一层,冷压成型.分别进行真空烧结和热压 烧结.真空烧结的条件为10-￥3,烧结温度为1380 。C，烧结时间为30 分钟.热压烧结的条件为10—ipa,压力40MPa，烧结温度为1380°C，烧结时间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。经
过抛光处理，真空烧结样品的致密度为99.1%。显微硬度20GPa，弯 曲强度2900MPa;热压烧结样品的致密度为99.6%，显微硬度20.7GPa， 弯曲强度2950Mpa。
实施例16:将(Wa4Alo.6)Co.95粉和配比为8%的钴粉球磨混合，铺 到成形模具底层和上层,把(W(uAla6)C粉和是总重量的30%的混合均 匀的钴粉,铺在中间一层,冷压成型.分别迸行真空烧结和热压烧结.真 空烧结的条件为10^Pa,烧结温度为1450 °C，烧结时间20分钟.热压 烧结的条件为10—屮a,压力40MPa，烧结温度1450 °C，烧结时间为5 分钟，得到一种三层夹心式碳化鹆铝硬质合金烧结体。经过抛光处理， 相对密度为99%。显微硬度24GPa，弯曲强度2800MPa。
实施例17:将(Wa25Al。.75)C。.5粉和是总重量的3%的钴粉球磨混 合，铺到成形模具底层和匕层,把(W(u5Ala75)C粉和是总重量的10% 的混合均匀的钴粉,铺在中间一层，冷压成型.分别进行真空烧结和热 压烧结.真，烧结的条件为1(^Pa,烧结温度为1600 。C，烧结时间为 30分钟.热压烧结的条件为10"Pa,压力40MPa，烧结温度为1600°C， 烧结时间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。 经过抛光处理，真空烧结样品的致密度为98.5%，显微硬度23GPa， 弯曲强度1600MPa;热压烧结样品的致密度为99%，显微硬度 23.3GPa，弯曲强度1620MPa。
实施例18:将(W(X25A1q.75)Cq.5粉和是总重量的8%的钴粉球磨混 合，铺到成形模具底层和上层,把(WQ.25Alo75)C粉和是总重量的15% 的混合均匀的钴粉，铺在中间一层,冷压成型.分别进行真空烧结和热
压烧结.真空烧结的条件为10,a,烧结温度为1500 。C，烧结时间为30分钟.热压烧结的条件为10—屮a,压力40MPa，烧结温度为1500°C， 烧结时间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。 经过抛光处理，真空烧结样品的致密度为99%。显微硬度20GPa，弯 曲强度2400MPa;热压烧结样品的致密度为99.3%,显微硬度20.4GPa， 弯曲强度2450MPa。
实施例19:将(W。.25Ala75)Ca5粉和是总重量的10%的钴粉球磨混 合，铺到成形模具底层和上层,把(W。25Ala75)C粉和是总重量的30% 的混合均匀的钴粉,铺在中间一层,冷压成型.分别进行真空烧结和热 压烧结.真空烧结的条件为1(^Pa,烧结温度为1380 °C，烧结时间为 30分钟.热压烧结的条件为10"Pa,压力40MPa，烧结温度为1380°C， 烧结时间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。 经过抛光处理，真空烧结样品的致密度为99.3%。显微硬度17GPa， 弯曲强度2700MPa;热压烧结样品的致密度为99.6%，显微硬度 17.5GPa,弯曲强度2750MPa。
实施例20:将(W(U5A1().75)C。.95粉和是总重量的8%的钴粉球磨混 合后铺到成形模具底层和上层,把(WQ.25Ala75)C粉和是总重量的30% 的混合均匀的钴粉,铺在中间一层，冷压成型.分别进行真空烧结和热 压烧结.真空烧结的条件为10—spa,烧结温度为1450 。C，烧结时间20 分钟.热压烧结的条件为10"Pa,压力40MPa，烧结温度1450°C，烧结 时间为20分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。经 过抛光处理，相对密度为99%。显微硬度21GPa，弯曲强度2400GPa。
实施例21:将(W(n4Ala86)Q).5粉和是总重量的3%的钴粉球磨混 合，铺到成形模具底层和上层,把(W(H4Ala86)C粉和是总重量的10%
的混合均匀的钴粉，铺在中间一层，冷压成型.分别进行真空烧结和热
12压烧结.真空烧结的条件为10—spa,烧结温度为1600 °C，烧结时间为 30分钟.热压烧结的条件为10"Pa,压力40MPa，烧结温度为1600°C， 烧结时间为5分钟，得到一种二层夹心式碳化鸨铝硬质合金烧结体。 经过抛光处理，真空烧结样品的致密度为98.5%，显微硬度19.8GPa， 弯曲强度1500MPa;热压烧结样品的致密度为98.9%，显微硬度 20GPa，弯曲强度1530MPa。
实施例22:将(WawAl。.86)Q).5粉和是总重量的8%的钴粉球磨混 合，铺到成形模具底层和上层,把(Wo.wAl,)C粉和配比为15%的混合 均匀的钴粉,铺在屮间一层,冷压成型.分别进行真空烧结和热压烧结. 真空烧结的条件为10^Pa,烧结温度为1500 QC，烧结时间为30分钟. 热压烧结的条件为10"Pa,压力40MPa，烧结温度为1500 。C，烧结时 间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化鸨铝硬质合金烧结体。经过抛 光处理，真空烧结样品的致密度为99%，显微硬度17GPa，弯曲强度 1900MPa;热压烧结样品的致密度为99.1%，显微硬度17.1GPa，弯曲 强度1920MPa。
实施例23:将(W。.4A1。.86)Cq.5粉和是总重量的10%的钴粉球磨混 合，铺到成形模具底层和上层,把(W(n4Al,)C粉和是总重量的30% 的混合均匀的钴粉,铺在中间一层,冷压成型.分别进行真空烧结和热 压烧结.真空烧结的条件为10^Pa,烧结温度为1380 °C，烧结时间为 30分钟.热压烧结的条件为10"Pa,压力40MPa，烧结温度为1380°C， 烧结时间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。 经过抛光处理，真空烧结样品的致密度为99.2%，显微硬度14GPa， 弯曲强度2100MPa;热压烧结样品的致密度为99.52%，显微硬度 14.3GPa，弯曲强度2160MPa。实施例24:将(W(U4A1q.86)Q.95粉和是总重量的8%的钴粉球磨混
合，铺到成形模具底层和上层,把(Wcu4Al。.s6)C粉和是总重量的30% 的混合均匀的钴粉,铺在中间一层,冷压成型.分别进行真空烧结和热 压烧结.真空烧结的条件为10—^a,烧结温度为1450°C，烧结时间为20 分钟，.热压烧结的条件为10"Pa,压力40MPa，烧结温度1450°C，烧 结时间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。经 过抛光处理，相对密度为99%。显微硬度20GPa，弯曲强度2100GPa。
实施例25:将(Wo.sAl。.5)Co.5粉和是总重量的3%的钴粉球磨混合， 铺到成形模具底层和上层,把(Wa8Ala2)C粉和是总重量的10%的混合 均匀的钴粉,铺在中间一层,冷压成型.分别进行真空烧结和热压烧结. 真空烧结的条件为1(^Pa,烧结温度为1600 QC，烧结时间为30分钟. 热压烧结的条件为10"Pa,压力40MPa，烧结温度为1600。C，烧结时 间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。经过抛 光处理，相对密度为99%。显微硬度29GPa，弯曲强度1800MPa。
实施例26:将(Wo.5Al().5)Q).5粉和是总重量的8%的钴粉球磨混合， 铺到成形模具底层和上层,把(\￥。.8"0.2>:粉和是总重量的15%的混合 均匀的钴粉,铺在中间一层,冷压成型.分别进行真空烧结和热压烧结. 真空烧结的条件为10—spa,烧结温度为1500 °C，烧结时间为20分钟. 热压烧结的条件为10"Pa,压力40MPa，烧结温度为1500。C，烧结时 间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。经过抛 光处理，相对密度为99%。显微硬度25GPa，弯曲强度2700MPa。
实施例27:将(Wq.5A1q.5)C。.5粉和是总重量的10%的钴粉球磨混 合，铺到成形模具底层和上层,把(Wo.8Ala2)C粉和是总重量的30%的 混合均匀的钴粉，铺在中间一层,冷压成型.分别进行真空烧结和热压烧结.真空烧结的条件为10-^Pa,烧结温度为1400 °C，烧结时间为15 分钟.热压烧结的条件为10—屮a,压力40MPa，烧结温度为1400°C，烧 结时间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。经 过抛光处理，相对密度为99%。显微硬度21GPa，弯曲强度3100MPa。 实施例28:将(WasAk8)Q).5粉和是总重量的3%的钴粉球磨混合， 铺到成形模具底层和上层,把(Wa5Alo.5)C粉和是总重量的10%的混合
均匀的钴粉,铺在中间一层,冷压成型.分别进行真空烧结和热压烧结. 真空烧结的条件为10—Spa,烧结温度为1600 QC，烧结时间为30分钟. 热压烧结的条件为10—]Pa,压力40MPa，烧结温度为1600 。C，烧结时 间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。经过抛 光处理，相对密度为99%。显微硬度28GPa，弯曲强度1700MPa。
实施例29:将(W。.sA1。.8)CQ5粉和是总重量的8%的钴粉球磨混合， 铺到成形模具底层和上层,把(Wa5Al().5)C粉和是总重量的15%的混合 均匀的钴粉,铺在中间一层,冷压成型.分别进行真空烧结和热压烧结. 真空烧结的条件为1(^Pa,烧结温度为1500 。C，烧结时间为20分钟. 热压烧结的条件为10"Pa,压力40MPa，烧结温度为150(TC，烧结时 间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。经过抛 光处理，相对密度为99%。显微硬度24GPa，弯曲强度2500MPa。
实施例30:将(Wo.sA1q.8)Q).5粉和是总重量的10%的钴粉球磨混合， 铺到成形模具底层和上层,把(Wo.5Ala5)C粉和是总重量的30%的混合
均匀的钴粉,铺在中间一层,冷压成型.分别进行真空烧结和热压烧结. 真空烧结的条件为10-卞a,烧结温度为1400 °C，烧结时间为15分钟. 热压烧结的条件为10"Pa,压力40MPa，烧结温度为1400。C，烧结时 间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。经过抛光处理，相对密度为99%。显微硬度21GPa，弯曲强度2900MPa。
实施例31:将(Wm4A1q.86)Q).5粉和是总重量的3%的钴粉球磨混
合后铺到成形模具底层和上层,把(WcuAlo.9)C粉是总重量的10%的混 合均匀的钴粉,铺在中间一层,冷压成型.分别进行真空烧结和热压烧 结.真空烧结的条件为10,a,烧结温度为1600°C，烧结时间为30分 钟.热压烧结的条件为10"Pa,压力40MPa，烧结温度为1600°C，烧结 时间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。经过 抛光处理，相对密度为99%。显微硬度18GPa，弯曲强度1400MPa。
实施例32:将(W(U4Alo.86)Ca5粉和是总重量的8%的钴粉球磨混 合后铺到成形模具底层和上层,把(WtuAla9)C粉是总重量的15%的混 合均匀的钴粉,铺在中间-层,冷压成型.分别进行真空烧结和热压烧 结.真空烧结的条件为10-卞a,烧结温度为1500。C，烧结时间为20分 钟.热压烧结的条件为10"Pa,压力40MPa，烧结温度为1500°C，烧结 时间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。经过 抛光处理，相对密度为99%。显微硬度15GPa，弯曲强度1700MPa。
实施例33:将(WcH4Al,)C。.5粉和是总重量的10%的钴粉球磨混 合后铺到成形模具底层和上层，把(W(nAl().9)C粉是总重量的30%的混 合均匀的钴粉,铺在中间一层,冷压成型.分别进行真空烧结和热压烧 结.真空烧结的条件为10—》a,烧结温度为1400°C，烧结时间为15分 钟.热压烧结的条件为10"Pa,压力40MPa，烧结温度为1400QC，烧结 时间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。经过 抛光处理，相对密度为99%。显微硬度13GPa，弯曲强度2000MPa。
实施例34:将(Wq.9A1(h)Q).5粉和是总重量的3%的钴粉球磨混合， 铺到成形模具底层和上层,把(W(U4AlcU6)C粉和是总重量的10%的混合均匀的钴粉,铺在中间一层,冷压成型.分别进行真空烧结和热压烧
结.真空烧结的条件为10—牛a,烧结温度为1600°C，烧结时间为30分 钟.热压烧结的条件为10"Pa,压力40MPa，烧结温度为1600°C，烧结 时间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。经过 抛光处理，相对密度为99%。显微硬度25GPa，弯曲强度1600MPa。 实施例35:将(Wa9Al^)Co.5粉和是总重量的8%的钴粉球磨混合，
铺到成形模具底层和上层,把(Wcu4Al().86)C粉和是总重量的15%的混
合均匀的钴粉,铺在中间一层,冷压成型.分别进行真空烧结和热压烧 结.真空烧结的条件为10—牛a,烧结温度为1500°C，烧结时间为20分 钟.热压烧结的条件为10"Pa,压力40MPa，烧结温度为1500。C，烧结 时间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。经过 抛光处理，相对密度为99%。显微硬度22GPa，弯曲强度1800MPa。 实施例36:将(Wo.9Alcn)Cc).5粉和是总重量的10%的钴粉球磨混
合，铺到成形模具底层和上层,把(W(U4A1().86)C粉和是总重量的30%
的混合均匀的钴粉,铺在中间一层,冷压成型.分别进行真空烧结和热 压烧结.真空烧结的条件为10—卞a,烧结温度为1400 °C，烧结时间为 15分钟.热压烧结的条件为10"Pa,压力40MPa，烧结温度为1400°C， 烧结时间为5分钟，得到一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体。 经过抛光处理，相对密度为99%。显微硬度19GPa，弯曲强度2200MPa。
权利要求
1. 一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体，其特征在于，其由外层是碳缺位型碳化钨铝，内层是无碳缺位的碳化钨铝组成的；其化学式为[(W1-xAlx)Cy-Co][-(W1-xAlx)C-Co]-[(W1-xAlx)Cy-Co]，式中x＝0.1～0.86，y＝0.5～0.95，其中，Co在烧结体中每层所占的质量分数均为3％～30％；所述的外层的碳缺位型碳化钨铝的表达式为(W1-xAlx)Cy-Co，式中x＝0.1～0.86，y＝0.5～0.95；所述的内层无碳缺位的碳化钨铝的表达式为(W1-xAlx)C-Co)，式中x＝0.1～0.86。
2、 如权利要求1所述的一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体的制备方法，其特征在于，步骤和条件如下选择碳缺位的碳化钨铝粉末，其化学式为(Wi-xAlx)Cy，式中，x=0.1-0,86, y=0.5 0.95;无碳缺位的的碳化钨铝粉末，其化学式为(W^Alx)C，式中， X=0.1-0.86;和钴粉为原料；按组成的化学式计算称取钴粉和碳化钨铝粉末球磨混合，接着进行成型在模具里先铺一层(W^Alx)Cy-Co 粉末，接着铺一层(W^Alx)C-Co粉末，再铺一层(W^Alx)Cy-Co粉末， 上中下三层的厚度比为1:N:1 (N=l 10);在液压成型机中，400MPa 的压力下冷压成型，然后分别在真空烧结炉和热压烧结机中进行真空 烧结和热压烧结，真空烧结的温度为1400°C-1600 °C，真空度为 10-3Pa，烧结时间为5-30分钟；热压烧结的温度为1350°C-1600°C， 压力10-37.5MPa，烧结时间为2-30分钟，得到三层夹心式碳化钨铝 硬质合金的烧结体，该烧结体的化学式为[(W^Alx)Cy-Co] [-(WlxA1x)C-Co]-[(WlxA1x)CVCo]，式中x=0,l 0.86,y=0.5 0.95。
全文摘要
本发明提供了一种三层夹心式碳化钨铝硬质合金烧结体及制备方法。该合金烧结体的外面两层为碳缺位碳化钨铝，中间层为无碳缺位碳化钨铝。该烧结体的化学式为[(W<sub>1-x</sub>Al<sub>x</sub>)C<sub>y</sub>-Co][-(W<sub>1-x</sub>Al<sub>x</sub>)C-Co]-[(W<sub>1-x</sub>Al<sub>x</sub>)C<sub>y</sub>-Co]，式中x＝0.1～0.86，y＝0.5～0.95。以碳缺位碳化钨铝粉末，无碳缺位碳化钨铝粉末和钴粉为原料，冷压成型后分别进行真空烧结和热压烧结而成。通过改变钴的质量分数，碳缺位程度，烧结温度、压力、时间等条件的控制，合成具有良好结晶形态和显微结构的合金块状材料。其显微硬度13GPa-21GPa，弯曲强度1600MPa-2500MPa。
文档编号C22C1/05GK101440452SQ20081005163
公开日2009年5月27日 申请日期2008年12月22日 优先权日2008年12月22日
发明者乔竹辉, 汤华国, 伟 赵, 马贤锋 申请人:中国科学院长春应用化学研究所