专利名称：以铁－铝金属间化合物为主粘结相的硬质合金及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种硬质合金材料及其制备方法，特别是一种通过粉末冶金的技术制 备以碳化物为基体、铁一铝金属间化合物为主粘结相的增韧增强的硬质合金及其方法。
背景技术：
碳化钨硬质合金由于其高强度、高硬度、高耐磨性和高红硬性，被广泛地用作切削 刀具、矿山工具和耐磨零件等。现有的碳化钨硬质合金材料主要是由基体碳化钨和粘结相 钴金属组成。由于钴对碳化钨的润湿性好使其室温综合力学性能好，但钴属于战略资源，价 格较为昂贵，且其高温耐磨性、高温抗氧化性和抗腐蚀性能均相对较低，在一定程度上限制 了以钴作为粘结相的碳化钨硬质合金的应用。而金属间化合物原子的长程有序排列和原 子间金属键与共价键共存的特性，使其在抗高温氧化、抗腐蚀等方面具有独特的优异性，如 FeAl, Fe3Al金属间化合物的在耐硫蚀、抗氧化及耐磨损等方面表现优越，其弱铁磁性，适合 于恶劣的工作环境，且其突出优点是成本低。目前制备以FeAl、!^e3Al金属间化合物为粘结相的硬质合金的方法主要有
1、液相烧结法，即将i^Al、Fe3Al金属间化合物预合金粉末和碳化物粉末混合均勻后在 一定的温度下烧结，使金属间化合物达到熔融状态，冷却形成复合物。通常对粉末原料采 用球磨混合后，制成混合料，然后压制成所需形状的压坯，在烧结炉内进行气氛液相烧结而 成。液相烧结法虽具有操作简单，容易实现产业化生产的特点，但要求金属间化合物对硬质 相有很好的润湿性和溶解度，而!^eAlje3Al金属间化合物对于WC润湿性较钴差。同时，金 属间化合物预合金粉末一般是采用狗和Al按一定成分比例熔炼后通过惰性气体雾化成粉 末的方法制备，制备的预合金粉末往往较粗大，容易引起合金中的微观组织的不均勻和产 生孔洞而影响力学性能，同时由于金属间化合物的本征的脆性，其合金的室温力学性能低， 强度和韧性较低，容易发生脆断，影响其应用范围；
2、机械合金化方法+快速烧结工艺，即将不同的粉末在高能球磨机中球磨，粉末经磨 球的碰撞、挤压、重复地发生变形、断裂、焊合、原子间相互反应而在基体内部原位生成金属 间化合物相，然后采用快速烧结制备成复合物。这种方法影响因素比较多，例如球磨类型、 时间、介质、过程控制剂等参数，操作复杂，不适合产业化生产。
发明内容
本发明针对上述不足，提供一种以铁一铝金属间化合物为主粘结相的硬质合，其 组织结构均勻、合金的致密化高、强度高、耐磨性好、抗高温氧化性和抗硫蚀性优异，同时还 提供了该硬质合金的制备方法，工艺简单、易于控制，避免了单纯添加铁一铝金属间化合物 预合金粉末，而其粒度粗大造成后续液相烧结过程中孔洞和“金属池”的产生，适合产业化生产。本发明的以铁一铝金属间化合物!^Al或!^e3Al为主粘结相的硬质合金，硬质相为 碳化钨和/或碳化钛、Cr3C2，硬质相总体积百分比为60% 90% ；以!^Al为主粘结相的硬质合金其硬质相中碳化钨和/或碳化钛体积百分比为该硬质合金的58. 009Γ89. 59%，余量为 Cr3C2 ；以Fe3Al为主粘结相的硬质合金其硬质相中碳化钨和/或碳化钛体积百分比为该硬 质合金的57. 849Γ89. 52%，余量为Cr3C2 ；粘结相总体积百分比为10% 40%，其中主粘结相 FeAl或Fe3Al体积百分比为粘结相的50% 90%，次粘结相为钴，其体积百分比为粘结相的 10% 50%ο作为改进，硬质相总体积百分比为60% 80% ；以FeAl为主粘结相的硬质合金 其硬质相中碳化钨和/或碳化钛的体积百分比为该硬质合金的58. 19% 79. 09%，余量为 Cr3C2 ；以Fe3Al为主粘结相的硬质合金其硬质相中碳化钨和/或碳化钛体积百分比为该硬 质合金的57. 96% 78. 98%，余量为Cr3C2 ；粘结相总体积百分比为20% 40%，其中主粘结 相FeAl或Fe3Al体积百分比为粘结相的70%，次粘结相钴的体积百分比为粘结相的30%。本发明的以铁一铝金属间化合物为主粘结相的硬质合金的制备方法，依次包括以 下步骤
(1)按铁一铝金属间化合物Fe4tlAl或Fe28Al的成分比例，把铁粉和铝粉与碳化钨 和/或碳化钛粉末混合均勻；其中铁粉和铝粉共占混合粉末的质量百分比分别为1.94 9Γ40. 97%或2. 34 % 45. 74 %，余量为碳化钨和/或碳化钛粉末；
(2)将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度<50mm，在非氧化性气氛下，以 彡IO0C /min的升温速度加热至900°C 1200°C，保温1小时以上，然后自然冷却，获得碳 化钨和/或碳化钛与铁一铝金属间化合物FeAl或Fe3Al的混合物；将混合物碾磨，破碎， 过120目以上筛网，获得粒度为120Mm以下的碳化钨和/或碳化钛与铁一铝金属间化合物 FeAl或Fe3Al的混合粉末；
(3)将上述碳化钨和/或碳化钛与铁一铝金属间化合物FeAl或Fe3Al的混合粉末在 4000C 士50°C的氢气气氛下进行除氧预处理；
(4)将质量百分比为0. 619Γ30. 22%的钴粉和0. 199Γ2. 27%的Cr3C2粉，或 0. 609Γ29. 06%的钴粉和0. 229Γ2. 35%的Cr3C2粉，分别与余量的上述碳化钨和/或碳化钛 与铁一铝金属间化合物FeAl或Fe3Al的混合物粉末湿磨混合18 36小时，获得湿磨混合 料；
(5)湿磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；
(6)压坯经1250°C 1550°C低压液相烧结，其中含FeAl成分的压坯烧结温度为 1250°C 1450°C，含Fe3Al成分的压坯烧结温度为1400°C 1550°C ；烧结后获得铁一铝金 属间化合物FeAl或Fe3Al为主粘结相的硬质合金，其中粘结相总体积百分比为10% 40%， 其中主粘结相为铁一铝金属间化合物FeAl或Fe3Al,次粘结相为钴，主、次粘接相体积百分 比分别为粘结相的50% 90%、10% 50%。本发明采用碳化物和(Fe、Al)元素粉末，利用Fe和Al间化合反应属于放热反 应的特点，使得在900°C 1200°C左右、低熔点的铁铝间其他形式的金属间化合物(FeAl3、 Fe2Al5、FeAl2)熔化后迅速生成FeAl或Fe3Al ；碳化物粉末在化合放热反应中起到热缓冲的 作用，保证粉末的温度不超过FeAl和Fe3Al的熔点；铁粉、铝粉与碳化物粉末混合粉末置于 石墨容器中铺平厚度彡50mm，避免了粉末内部的热量积蓄，并以彡IO0C /min的升温速度、 达到900°C 1200°C后保温1小时以上，充分形成FeAl和Fe3Al金属间化合物；由于化合 反应是在粉末状态下完成的，反应合成后的混合物容易被破碎，破碎又进一步使碳化物和FeAl或Fe3Al均勻混合，获得比较理想的粒度；预处理去掉碾磨过程中所增的氧，使制备出 的碳化物和铁一铝金属间化合物的混合物粉末成分均勻、粒度细小，避免了由于铁一铝金 属间化合物预合金粉末粒度粗大造成后续液相烧结过程中孔洞和“金属池”的产生，对后续 合金相成分以及组织结构的均勻性都有很好的作用； 本发明方法通过添加部分粘结相钴，改善了液相烧结过程中铁一铝金属间化合物对硬 质相的润湿性，添加少量Cr3C2作为增韧相，进一步获得了以铁一铝金属间化合物为主粘结 相的、增韧增强的硬质合金，组织结构均勻、合金的致密化高、强度高、耐磨性比较好、抗高 温氧化性和抗硫蚀性优异；同时制备方法简单、成本低。
图1是本发明的制备方法流程图。图2是本发明制备的以铁一铝金属间化合物FeAl为主粘结相(次粘接相为Co)的 硬质合金的金相照片。图3是本发明制备的以铁一铝金属间化合物Fe3Al为主粘结相(次粘接相为Co)的 硬质合金的金相照片。
具体实施例方式实施例1 根据图1所示流程，按Fe4tlAl的成分比例，将质量百分比为1. 94%铁粉和 铝粉与余量的碳化钨粉末混合均勻；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度50mm，在非 氧化性气氛下，以10°C /min的升温速度加热至900°C，保温7小时，然后自然冷却，获得碳 化钨和FeAl金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过250目筛网，获得粒度为58Mm 以下的碳化钨和FeAl金属间化合物的混合粉末；将上述碳化钨和FeAl金属间化合物的混 合粉末在400°C 士50°C的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为3. 00%的钴 粉和0. 23%的Cr3C2粉，再与余量的上述碳化钨和FeAl金属间化合物的混合物粉末湿磨混 合18小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1450°C低 压液相烧结，获得FeAl金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分 比为90%，其中碳化钨体积百分比分别为所述硬质合金89. 5%，余量为Cr3C2 ；粘结相总体积 百分比为10%，其中主粘结相为FeAl金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的50%，即占 硬质合金的体积百分比的5%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图2，性能详 见表1。实施例2 根据图1所示流程，按Fe28Al的成分比例，将质量百分比为2. 34%铁粉和 铝粉与余量的碳化钨粉末混合均勻；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度50mm，在非 氧化性气氛下，以10°C /min的升温速度加热至900°C，保温7小时，然后自然冷却，获得碳 化钨和Fe3Al金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过250目筛网，获得粒度为58Mm 以下的碳化钨和Fe3Al金属间化合物的混合粉末；将上述碳化钨和Fe3Al金属间化合物的混 合粉末在400°C 士50°C的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为3. 00%的钴 粉和0. 24%的Cr3C2粉，再与余量的上述碳化钨和Fe3Al金属间化合物的混合物粉末湿磨混 合18小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1550°C低 压液相烧结，获得Fe3Al金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为90%，其中碳化钨体积百分比分别为所述硬质合金89. 46%，余量为Cr3C2 ；粘结相总体积 百分比为10%，其中主粘结相为Fe3Al金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的50%，即占 硬质合金的体积百分比的5%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图3，性能详 见表1。实施例3 根据图1所示流程，按Fe4tlAl的成分比例，将质量百分比为3. 44%铁粉和 铝粉与余量的碳化钨粉末混合均勻；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度50mm，在非 氧化性气氛下，以10°C /min的升温速度加热至900°C，保温7小时，然后自然冷却，获得碳 化钨和FeAl金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过250目筛网，获得粒度为58Mm 以下的碳化钨和FeAl金属间化合物的混合粉末；将上述碳化钨和FeAl金属间化合物的混 合粉末在400°C 士50°C的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为0.61%的钴 粉和0. 18%的Cr3C2粉，再与余量的上述碳化钨和FeAl金属间化合物的混合物粉末湿磨混 合18小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1450°C低 压液相烧结，获得FeAl金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分 比为90%，其中碳化钨体积百分比分别为所述硬质合金89. 59%，余量为Cr3C2 ；粘结相总体积 百分比为10%，其中主粘结相为FeAl金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的90%，即占 硬质合金的体积百分比的9%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图2，性能详 见表1实施例4 根据图1所示流程，按Fe28Al的成分比例，将质量百分比为4. 13%铁粉和 铝粉与余量的碳化钨粉末混合均勻；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度50mm，在非 氧化性气氛下，以10°C /min的升温速度加热至900°C，保温7小时，然后自然冷却，获得碳 化钨和Fe3Al金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过250目筛网，获得粒度为58Mm 以下的碳化钨和Fe3Al金属间化合物的混合粉末；将上述碳化钨和Fe3Al金属间化合物的混 合粉末在400°C 士50°C的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为0. 60%的钴 粉和0. 22%的Cr3C2粉，再与余量的上述碳化钨和Fe3Al金属间化合物的混合物粉末湿磨混 合18小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1550°C低 压液相烧结，获得Fe3Al金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分 比为90%，其中碳化钨体积百分比分别为所述硬质合金89. 52%，余量为Cr3C2 ；粘结相总体积 百分比为10%，其中主粘结相为Fe3Al金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的90%，即占 硬质合金的体积百分比的9%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图3，性能详 见表1。实施例5 根据图1所示流程，按Fe4tlAl的成分比例，将质量百分比为5. 90%铁粉和 铝粉与余量的碳化钨粉末混合均勻；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度40mm，在非 氧化性气氛下，以6°C /min的升温速度加热至1000°C，保温5小时，然后自然冷却，获得碳 化钨和FeAl金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过200目筛网，获得粒度为75Mm 以下的碳化钨和FeAl金属间化合物的混合粉末；将上述碳化钨和FeAl金属间化合物的混 合粉末在400°C 士50°C的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为3. 87%的钴 粉和0. 44%的Cr3C2粉，再与余量的上述碳化钨和FeAl金属间化合物的混合物粉末湿磨混 合24小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1380°C低 压液相烧结，获得FeAl金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为80%，其中碳化钨体积百分比分别为所述硬质合金79. 09%,余量为Cr3C2 ；粘结相总体积 百分比为20%，其中主粘结相为FeAl金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的70%，即占 硬质合金的体积百分比的14%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图2，性能 详见表1。 实施例6 根据图1所示流程，按Fe28Al的成分比例，将质量百分比为7. 05%铁粉和 铝粉与余量的碳化钨粉末混合均勻；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度40mm，在非 氧化性气氛下，以6°C /min的升温速度加热至1000°C，保温5小时，然后自然冷却，获得碳 化钨和Fe3Al金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过200目筛网，获得粒度为75Mm 以下的碳化钨和Fe3Al金属间化合物的混合粉末；将上述碳化钨和Fe3Al金属间化合物的混 合粉末在400°C 士50°C的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为3. 83%的钴 粉和0. 49%的Cr3C2粉，再与余量的上述碳化钨和Fe3Al金属间化合物的混合物粉末湿磨混 合24小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1500°C低 压液相烧结，获得Fe3Al金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分 比为80%，其中碳化钨体积百分比分别为所述硬质合金78. 98%，余量为Cr3C2 ；粘结相总体积 百分比为20%，其中主粘结相为Fe3Al金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的70%，即占 硬质合金的体积百分比的14%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图3，性能 详见表1。
实施例7 根据图1所示流程，按Fe4tlAl的成分比例，将质量百分比为12. 21%铁粉和铝 粉与余量的碳化钨粉末混合均勻；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度25mm，在非氧 化性气氛下，以2V Mn的升温速度加热至1100°C，保温3小时，然后自然冷却，获得碳化 钨和FeAl金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过160目筛网，获得粒度为96Mm以 下的碳化钨和FeAl金属间化合物的混合粉末；将上述碳化钨和FeAl金属间化合物的混合 粉末在400°C 士50°C的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为2. 11%的钴粉 和0. 65%的Cr3C2粉，再与余量的上述碳化钨和FeAl金属间化合物的混合物粉末湿磨混合 30小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1320°C低压 液相烧结，获得FeAl金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比 为70%，其中碳化钨体积百分比分别为所述硬质合金68. 78%，余量为Cr3C2 ；粘结相总体积百 分比为30%，其中主粘结相为FeAl金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的90%，即占硬 质合金的体积百分比的27%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图2，性能详 见表1。 实施例8 根据图1所示流程，按Fe28Al的成分比例，将质量百分比为14. 42%铁 粉和铝粉与余量的碳化钨粉末混合均勻；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度25mm， 在非氧化性气氛下，以2°C /min的升温速度加热至1100°C，保温3小时，然后自然冷却，获 得碳化钨和Fe3Al金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过160目筛网，获得粒度为 96μπι以下的碳化钨和Fe3Al金属间化合物的混合物；将上述碳化钨和Fe3Al金属间化合物 的混合物在400°C 士50°C的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为2. 06%的 钴粉和0. 74%的Cr3C2粉，再与余量的上述碳化钨和Fe3Al金属间化合物的混合物粉末湿磨 混合30小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1450°C低压液相烧结，获得Fe3Al金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百 分比为70%，其中碳化钨体积百分比分别为所述硬质合金68. 56%，余量为Cr3C2 ；粘结相总体 积百分比为30%，其中主粘结相为Fe3Al金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的90%，即 占硬质合金的体积百分比的27%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图3，性 能详见表1。 实施例9 根据图1所示流程，按Fe4tlAl的成分比例，将质量百分比为10. 89%铁 粉和铝粉与余量的碳化钨粉末混合均勻；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度10mm， 在非氧化性气氛下，以0. 5°C /min的升温速度加热至1200°C，保温1小时，然后自然冷却， 获得碳化钨和FeAl金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过120目筛网，获得粒度 为120Mm以下的碳化钨和FeAl金属间化合物的混合粉末；将上述碳化钨和FeAl金属间化 合物的混合粉末在400°C 士 50°C的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为 14. 67%的钴粉和1. 10%的Cr3C2粉，再与余量的上述碳化钨和FeAl金属间化合物的混合物 粉末湿磨混合36小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯 经1250°C低压液相烧结，获得FeAl金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相 总体积百分比为60%，其中碳化钨体积百分比分别为所述硬质合金58. 00%，余量为Cr3C2 ；粘 结相总体积百分比为40%，其中主粘结相为FeAl金属间化合物，其体积百分比又为粘结相 的50%，即占硬质合金的体积百分比的20%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片 见图2，性能详见表1。实施例10 :根据图1所示流程，按Fe28Al的成分比例，将质量百分比为12. 89%铁 粉和铝粉与余量的碳化钨粉末混合均勻；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度10mm， 在非氧化性气氛下，以0. 5°C /min的升温速度加热至1200°C，保温1小时，然后自然冷却， 获得碳化钨和Fe3Al金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过120目筛网，获得粒 度为120Mm以下的碳化钨和Fe3Al金属间化合物的混合物；将上述碳化钨和Fe3Al金属间 化合物的混合物在400°C 士 50°C的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为 14. 41%的钴粉和1. 17%的Cr3C2粉，再与余量的上述碳化钨和Fe3Al金属间化合物的混合物 粉末湿磨混合36小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯 经1400°C低压液相烧结，获得Fe3Al金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相 总体积百分比为60%，其中碳化钨体积百分比分别为所述硬质合金57. 84%，余量为Cr3C2 ；粘 结相总体积百分比为40%，其中主粘结相为Fe3Al金属间化合物，其体积百分比又为粘结相 的50%，即占硬质合金的体积百分比的20%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片 见图3，性能详见表1。实施例11 :根据图1所示流程，按Fe4tlAl的成分比例，将质量百分比为14. 56%铁 粉和铝粉与余量的碳化钨粉末混合均勻；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度10mm， 在非氧化性气氛下，以0. 5°C /min的升温速度加热至1200°C，保温1小时，然后自然冷却， 获得碳化钨和FeAl金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过120目筛网，获得粒度 为120Mm以下的碳化钨和FeAl金属间化合物的混合粉末；将上述碳化钨和FeAl金属间化 合物的混合粉末在400°C 士 50°C的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为 8. 99%的钴粉和1. 02%的Cr3C2粉，再与余量的上述碳化钨和FeAl金属间化合物的混合物 粉末湿磨混合36小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1250°C低压液相烧结，获得FeAl金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相 总体积百分比为60%，其中碳化钨体积百分比分别为所述硬质合金58. 19%，余量为Cr3C2 ；粘 结相总体积百分比为40%，其中主粘结相为FeAl金属间化合物，其体积百分比又为粘结相 的70%，即占硬质合金的体积百分比的28%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片 见图2，性能详见表1。 实施例12 根据图1所示流程，按Fe28Al的成分比例，将质量百分比为17. 13%铁粉 和铝粉与余量的碳化钨粉末混合均勻；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度10mm，在 非氧化性气氛下，以0. 5°C /min的升温速度加热至1200°C，保温1小时，然后自然冷却，获 得碳化钨和Fe3Al金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过120目筛网，获得粒度为 120Mm以下的碳化钨和Fe3Al金属间化合物的混合物；将上述碳化钨和Fe3Al金属间化合物 的混合物在400°C 士50°C的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为8. 76%的 钴粉和1. 12%的Cr3C2粉，再与余量的上述碳化钨和Fe3Al金属间化合物的混合物粉末湿磨 混合36小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1400°C 低压液相烧结，获得Fe3Al金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百 分比为60%，其中碳化钨体积百分比分别为所述硬质合金57. 96%，余量为Cr3C2 ；粘结相总体 积百分比为40%，其中主粘结相为Fe3Al金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的70%，即 占硬质合金的体积百分比的28%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图3，性 能详见表1。实施例13 根据图1所示流程，按Fe4tlAl的成分比例，将质量百分比为5. 92%铁 粉和铝粉与余量的碳化钛粉末混合均勻；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度50mm， 在非氧化性气氛下，以10°C /min的升温速度加热至900°C，保温7小时，然后自然冷却，获 得碳化钛和FeAl金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过250目筛网，获得粒度为 58Mffl以下的碳化钛和FeAl金属间化合物的混合粉末；将上述碳化钛和FeAl金属间化合物 的混合粉末在400°C 士50°C的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为8. 60% 的钴粉和0. 64%的Cr3C2粉，再与余量的上述碳化钛和铁铝金属间化合物FeAl的混合物粉 末湿磨混合18小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经 1450°C低压液相烧结，获得FeAl金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总 体积百分比为90%，其中碳化钛体积百分比分别为所述硬质合金89. 50%，余量为Cr3C2 ；粘结 相总体积百分比为10%，其中主粘结相为FeAl金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的 50%，即占硬质合金的体积百分比的5%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图 2，性能详见表1。实施例14 根据图1所示流程，按Fe28Al的成分比例，将质量百分比为7. 07%铁 粉和铝粉与余量的碳化钛粉末混合均勻；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度50mm， 在非氧化性气氛下，以10°C /min的升温速度加热至900°C，保温7小时，然后自然冷却，获 得碳化钛和Fe3Al金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过250目筛网，获得粒度为 58μπι以下的碳化钛和Fe3Al金属间化合物的混合物；将上述碳化钛和Fe3Al金属间化合物 的混合物在400°C 士50°C的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为8. 50%的 钴粉和0. 69%的Cr3C2粉，再与余量的上述碳化钛和Fe3Al金属间化合物的混合物粉末湿磨 混合18小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1550°C低压液相烧结，获得Fe3Al金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百 分比为90%，其中碳化钛体积百分比分别为所述硬质合金89. 46%，余量为Cr3C2 ；粘结相总体 积百分比为10%，其中主粘结相为Fe3Al金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的50%，即 占硬质合金的体积百分比的5%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图3，性能 详见表1。
实施例15 :根据图1所示流程，按Fe4tlAl的成分比例，将质量百分比为21. 06%铁 粉和铝粉与余量的碳化钛粉末混合均勻；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度30mm， 在非氧化性气氛下，以4°C /min的升温速度加热至1050°C，保温4小时，然后自然冷却，获 得碳化钛和铁铝金属间化合物FeAl的混合物；将混合物碾磨，破碎，过180目筛网，获得粒 度为SOMffl以下的碳化钛和FeAl金属间化合物的混合粉末；将上述碳化钛和FeAl金属间 化合物的混合粉末在400°C 士 50°C的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比 为12. 44%的钴粉和1. 41%的Cr3C2粉，再与余量的上述碳化钛和铁铝金属间化合物FeAl的 混合物粉末湿磨混合27小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压 坯；压坯经1350°C低压液相烧结，获得FeAl金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所 述硬质相总体积百分比为75%，其中碳化钛体积百分比分别为所述硬质合金73. 87%，余量 为Cr3C2 ；粘结相总体积百分比为25%，其中主粘结相为FeAl金属间化合物，其体积百分比又 为粘结相的70%，即占硬质合金的体积百分比的17. 5%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫 描电镜照片见图2，性能详见表1。实施例16 :根据图1所示流程，按Fe28Al的成分比例，将质量百分比为24. 41%铁 粉和铝粉与余量的碳化钛粉末混合均勻；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度30mm， 在非氧化性气氛下，以4°C /min的升温速度加热至1050°C，保温4小时，然后自然冷却，获 得碳化钛和Fe3Al金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过180目筛网，获得粒度为 SOMffl以下的碳化钛和Fe3Al金属间化合物的混合物；将上述碳化钛和Fe3Al金属间化合物 的混合物在400°C 士50°C的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为11.98% 的钴粉和1. 53%的Cr3C2粉，再与余量的上述碳化钛和Fe3Al金属间化合物的混合物粉末 湿磨混合27小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经 1480°C低压液相烧结，获得Fe3Al金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总 体积百分比为75%，其中碳化钛体积百分比分别为所述硬质合金73. 73%，余量为Cr3C2 ；粘结 相总体积百分比为25%，其中主粘结相为Fe3Al金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的 70%,即占硬质合金的体积百分比的17. 5%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见 图3，性能详见表1。实施例17 :根据图1所示流程，按Fe4tlAl的成分比例，将质量百分比为27. 95%铁 粉和铝粉与余量的碳化钛粉末混合均勻；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度10mm， 在非氧化性气氛下，以0. 5°C /min的升温速度加热至1200°C，保温1小时，然后自然冷却， 获得碳化钛和铁铝金属间化合物FeAl的混合物；将混合物碾磨，破碎，过120目筛网，获得 粒度为120Mm以下的碳化钛和FeAl金属间化合物的混合粉末；将上述碳化钛和FeAl金属 间化合物的混合粉末在400°C 士50°C的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分 比为30. 22%的钴粉和2. 27%的Cr3C2粉，再与余量的上述碳化钛和FeAl金属间化合物FeAl 的混合物粉末湿磨混合36小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1250°C低压液相烧结，获得FeAl金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中 所述硬质相总体积百分比为60%，其中碳化钛体积百分比分别为所述硬质合金58. 00%，余 量为Cr3C2 ；粘结相总体积百分比为40%，其中主粘结相为FeAl金属间化合物，其体积百分比 又为粘结相的50%，即占硬质合金的体积百分比的20%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫 描电镜照片见图2，性能详见表1。实施例18 :根据图1所示流程，按Fe28Al的成分比例，将质量百分比为31. 99%铁 粉和铝粉与余量的碳化钛粉末混合均勻；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度10mm， 在非氧化性气氛下，以0. 5°C /min的升温速度加热至1200°C，保温1小时，然后自然冷却， 获得碳化钛和Fe3Al金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过120目筛网，获得粒 度为120Mm以下的碳化钛和Fe3Al金属间化合物的混合物；将上述碳化钛和Fe3Al金属间 化合物的混合物在400°C 士 50°C的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为 29. 06%的钴粉和2. 35%的Cr3C2粉，再与余量的上述碳化钛和Fe3Al金属间化合物的混合物 粉末湿磨混合36小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯 经1400°C低压液相烧结，获得Fe3Al金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相 总体积百分比为60%，其中碳化钛体积百分比分别为所述硬质合金57. 84%，余量为Cr3C2 ；粘 结相总体积百分比为40%，其中主粘结相为Fe3Al金属间化合物，其体积百分比又为粘结相 的50%，即占硬质合金的体积百分比的20%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片 见图3，性能详见表1。实施例19 根据图1所示流程，按Fe4tlAl的成分比例，将质量百分比为40. 97%铁 粉和铝粉与余量的碳化钛粉末混合均勻；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度10mm， 在非氧化性气氛下，以0. 5°C /min的升温速度加热至1200°C，保温1小时，然后自然冷却， 获得碳化钛和铁铝金属间化合物FeAl的混合物；将混合物碾磨，破碎，过120目筛网，获得 粒度为120Mm以下的碳化钛和FeAl金属间化合物的混合粉末；将上述碳化钛和FeAl金属 间化合物的混合粉末在400°C 士50°C的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分 比为6. 66%的钴粉和2. 03%的Cr3C2粉，再与余量的上述碳化钛和FeAl金属间化合物FeAl 的混合物粉末湿磨混合36小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成 压坯；压坯经1250°C低压液相烧结，获得FeAl金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中 所述硬质相总体积百分比为60%，其中碳化钛体积百分比分别为所述硬质合金58. 37%，余 量为Cr3C2 ；粘结相总体积百分比为40%，其中主粘结相为FeAl金属间化合物，其体积百分比 又为粘结相的90%，即占硬质合金的体积百分比的36%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫 描电镜照片见图2，性能详见表1。
实施例20 根据图1所示流程，按Fe28Al的成分比例，将质量百分比为45. 74%铁粉 和铝粉与余量的碳化钛粉末混合均勻；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度10mm，在 非氧化性气氛下，以0. 5°C /min的升温速度加热至1200°C，保温1小时，然后自然冷却，获 得碳化钛和Fe3Al金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过120目筛网，获得粒度为 120Mm以下的碳化钛和Fe3Al金属间化合物的混合物；将上述碳化钛和Fe3Al金属间化合物 的混合物在400°C 士50°C的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为6. 17%的 钴粉和2. 22%的Cr3C2粉，再与余量的上述碳化钛和Fe3Al金属间化合物的混合物粉末湿磨 混合36小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1400°C低压液相烧结，获得Fe3Al金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百 分比为60%，其中碳化钛体积百分比分别为所述硬质合金58. 08%，余量为Cr3C2 ；粘结相总体 积百分比为40%，其中主粘结相为Fe3Al金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的90%，即 占硬质合金的体积百分比的36%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图3，性 能详见表1。实 施例21 根据图1所示流程，按Fe4tlAl的成分比例，将质量百分比为7. 22%铁粉 和铝粉与余量的80. 17%碳化钨粉末和12. 61%碳化钛粉末混合均勻；将上述混合粉末置于 石墨容器中铺平厚度30mm，在非氧化性气氛下，以4°C /min的升温速度加热至1050°C，保温 4小时，然后自然冷却，获得碳化钨、碳化钛和铁铝金属间化合物FeAl的混合物；将混合物 碾磨，破碎，过180目筛网，获得粒度为SOMffl以下的碳化物和FeAl金属间化合物的混合粉 末；将上述碳化钨、碳化钛和FeAl金属间化合物的混合粉末在400°C 士50°C的氢气气氛下 进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为10. 28%的钴粉和0. 77%的Cr3C2粉，再与余量的 上述碳化钨、碳化钛和铁铝金属间化合物FeAl的混合物粉末湿磨混合27小时，获得湿磨混 合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1350°C低压液相烧结，获得FeAl 金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为75%，其中碳化钨和 /或碳化钛体积百分比分别为所述硬质合金49. 17%或24. 58%，余量为Cr3C2 ；粘结相总体积 百分比为25%，其中主粘结相为FeAl金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的50%，即占 硬质合金的体积百分比的12. 5%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图2，性 能详见表1。实施例22 根据图1所示流程，按Fe28Al的成分比例，将质量百分比为8. 61%铁粉 和铝粉与余量的78. 97%碳化钨粉末和12. 42%碳化钛粉末混合均勻；将上述混合粉末置于 石墨容器中铺平厚度30mm，在非氧化性气氛下，以4°C /min的升温速度加热至1050°C，保 温4小时，然后自然冷却，获得碳化钨、碳化钛和Fe3Al金属间化合物的混合物；将混合物碾 磨，破碎，过180目筛网，获得粒度为SOMffl以下的碳化钨、碳化钛和Fe3Al金属间化合物的混 合物；将上述碳化钨、碳化钛和Fe3Al金属间化合物的混合物在400°C 士50°C的氢气气氛下 进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为10. 15%的钴粉和0. 82%的Cr3C2粉，再与余量的 上述碳化钨、碳化钛和Fe3Al金属间化合物的混合物粉末湿磨混合27小时，获得湿磨混合 料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1480°C低压液相烧结，获得Fe3Al 金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为75%，其中碳化钨和 /或碳化钛体积百分比分别为所述硬质合金49. 10%或24. 55%，余量为Cr3C2 ；粘结相总体积 百分比为25%，其中主粘结相为Fe3Al金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的50%，即占 硬质合金的体积百分比的12. 5%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图3，性 能详见表1。实施例23 根据图1所示流程，按Fe4tlAl的成分比例，将质量百分比为16. 55%铁粉 和铝粉与余量的51. 22%碳化钨粉末和32. 23%碳化钛粉末粉末混合均勻；将上述混合粉末 置于石墨容器中铺平厚度30mm，在非氧化性气氛下，以4°C /min的升温速度加热至1050°C， 保温4小时，然后自然冷却，获得碳化钨、碳化钛和铁铝金属间化合物FeAl的混合物；将混 合物碾磨，破碎，过180目筛网，获得粒度为SOMffl以下的碳化钨、碳化钛和FeAl金属间化 合物的混合粉末；将上述碳化钨、碳化钛和FeAl金属间化合物的混合粉末在400°C 士50°C的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为2. 83%的钴粉和0. 87%的Cr3C2 粉，再与余量的上述碳化钨、碳化钛和铁铝金属间化合物FeAl的混合物粉末湿磨混合27 小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1350°C低压液 相烧结，获得FeAl金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为 75%，其中碳化钨和/或碳化钛体积百分比分别为所述硬质合金24. 66%或49. 32%，余量为 Cr3C2 ；粘结相总体积百分比为25%，其中主粘结相为铁一铝金属间化合物FeAl，其中主粘结 相为FeAl金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的90%，即占硬质合金的体积百分比的 22. 5%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图2，性能详见表1。实施例24:根据图1所示流程，按Fe28Al的成分比例，将质量百分比为19.37%铁 粉和铝粉与余量的49. 49%碳化钨粉末和31. 14%碳化钛粉末混合均勻；将上述混合粉末置 于石墨容器中铺平厚度30mm，在非氧化性气氛下，以4°C /min的升温速度加热至1050°C，保 温4小时，然后自然冷却，获得碳化钨、碳化钛和Fe3Al金属间化合物的混合物；将混合物碾 磨，破碎，过180目筛网，获得粒度为SOMffl以下的碳化钨、碳化钛和Fe3Al金属间化合物的混 合物；将上述碳化钨、碳化钛和Fe3Al金属间化合物的混合物在400°C 士50°C的氢气气氛下 进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为2. 74%的钴粉和0. 99%的Cr3C2粉，再与余量的上 述碳化钨、碳化钛和Fe3Al金属间化合物的混合物粉末湿磨混合27小时，获得湿磨混合料； 球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1480°C低压液相烧结，获得Fe3Al金属 间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为75%，其中碳化钨和/或 碳化钛体积百分比分别为所述硬质合金24. 60%或49. 20%，余量为Cr3C2 ；粘结相总体积百分 比为25%，其中主粘结相为Fe3Al金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的90%，即占硬质 合金的体积百分比的22. 5%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图3，性能详 见表1。表1性能结果
权利要求
1.以铁一铝金属间化合或!^e3Al为主粘结相的硬质合金，其特征在于硬质相 为碳化钨和/或碳化钛、Cr3C2，硬质相总体积百分比为60% 90% ；以!^Al为主粘结相的硬 质合金其硬质相中碳化钨和/或碳化钛的体积百分比为该硬质合金的58. 009Γ89. 59%，余 量为Cr3C2 ；以!^e3Al为主粘结相的硬质合金其硬质相中碳化钨和/或碳化钛的体积百分比 为该硬质合金的57. 849Γ89. 52%，余量为Cr3C2 ；粘结相总体积百分比为10% 40%，其中主 粘结相!^Al或!^e3Al体积百分比为粘结相的50% 90%，次粘结相为钴，其体积百分比为粘 结相的10% 50%ο
2.如权利要求1所述的优选以铁一铝金属间化合物 ^ΑΙ或!^e3Al为主粘结相的硬质合 金，其特征在于硬质相总体积百分比为60% 80% ；以!^Al为主粘结相的硬质合金其硬质 相中碳化钨和/或碳化钛的体积百分比为该硬质合金的58. 19% 79. 09%，余量为Cr3C2 ； 以 ^3Α1为主粘结相的硬质合金其硬质相中碳化钨和/或碳化钛体积百分比为该硬质合金 的57. 96% 78. 98%，余量为Cr3C2 ；粘结相总体积百分比为20% 40%，其中主粘结相!^eAl 或!^e3Al体积百分比为粘结相的70%，次粘结相钴的体积百分比为粘结相的30%。
3.如权利要求1或2所述的以铁一铝金属间化合物为主粘结相的硬质合金的制造方 法，依次包括以下步骤(1)按铁一铝金属间化合物I^e4ciAl或!^e28Al的成分比例，把铁粉和铝粉与碳化钨和/或 碳化钛粉末混合均勻；其中铁粉和铝粉共占混合粉末的质量百分比分别为1.94 9Γ40.97% 或2. 34 9Γ45. 74 %，余量为碳化钨和/或碳化钛粉末；(2)将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度<50mm，在非氧化性气氛下，以< 10°C / min的升温速度加热至900°C 1200°C，保温1小时以上，然后自然冷却，获得碳化钨和/或 碳化钛与铁一铝金属间化合物 ^ΑΙ或!^e3Al的混合物；将混合物碾磨，破碎，过120目以上 筛网，获得粒度为120Mm以下的碳化钨和/或碳化钛与铁一铝金属间化合物!^Al或!^e3Al 的混合粉末；(3)将上述碳化钨和/或碳化钛与铁一铝金属间化合物!^Al或!^e3Al的混合粉末在 4000C 士50°C的氢气气氛下进行除氧预处理；(4)将质量百分比为0.619Γ30. 22%的钴粉和0. 19% 2. 27%的Cr3C2粉，或0. 60% 29. 06% 的钴粉和0. 229Γ2. 35%的Cr3C2粉，分别与余量的上述碳化钨和/或碳化钛与铁一铝金属间 化合物i^eAl或!^e3Al的混合物粉末湿磨混合18 36小时，获得湿磨混合料；(5)湿磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；(6)压坯经1250°C 1550°C低压液相烧结，其中成分的压坯烧结温度为 1250°C 1450°C，含!^e3Al成分的压坯烧结温度为1400°C 1550°C ；烧结后获得铁一铝金 属间化合物I^eAl或!^e3Al为主粘结相的硬质合金，其中粘结相总体积百分比为10% 40%， 其中主粘结相为铁一铝金属间化合物I^eAl或!^e3Al,次粘结相为钴，主、次粘接相体积百分 比分别为粘结相的50% 90%、10% 50%ο
全文摘要
本发明公开了一种以铁－铝金属间化合物FeAl或Fe3Al为主粘结相、次粘结相为钴，硬质相为碳化钨和/碳化钛以及Cr3C2的硬质合金，其制备依次包括按Fe40Al或Fe28Al的成分比例，把铁粉和铝粉与WC和/或TiC粉末混匀；非氧化性气氛下，加热、保温、冷却，获得WC和/或TiC与FeAl或Fe3Al的混合物；混合物碾磨、破碎，获得粒度为120μm以下的WC和/或TiC与FeAl或Fe3Al的混合粉末；除氧预处理；将一定质量百分比的钴粉、Cr3C2粉，分别与余量的上述WC和/或TiC与FeAl或Fe3Al的混合物粉末湿磨混合；喷雾干燥、压制成型制成压坯；低压液相烧结，获得FeAl或Fe3Al为主粘结相的硬质合金，组织结构均匀、合金的致密化高、强度高、耐磨性好、抗高温氧化性和抗硫蚀性优异，同时制备工艺简单、制造成本低。
文档编号C22C29/00GK102134663SQ20111005185
公开日2011年7月27日 申请日期2011年3月4日 优先权日2011年3月4日
发明者余怀民, 卢少武, 方晴, 李勇, 管玉明, 蒋洪亮, 陆必志, 魏修宇, 龙坚战 申请人:株洲硬质合金集团有限公司