本发明涉及一种硬质合金材料，尤其涉及一种含tic的超细wc-8co硬质合金。
背景技术：
wc-co硬质合金具有较高强度、抗冲击性以及较好的耐磨性，因此在刀具、耐磨零件、冷成型工具等领域具有广泛应用。超细wc-co硬质合金具有比普通wc-co硬质合金更高的硬度、更好的耐磨性、更高横向断裂强度以及更良好的断裂韧性等优越性能，被广泛应用于金属切削加工、耐磨零件等领域，具有巨大的市场需求。
tic浅灰色，立方晶系，不溶于水，具有很高的化学稳定性，与盐酸、硫酸几乎不起化学反应，但能够溶解于王水，硝酸，以及氢氟酸中，还溶于碱性氧化物的溶液中。tic是具有金属光泽的铁灰色晶体,属于nacl型面心立方结构,晶格常数为0.4329nm,空间群为fm3m,在晶格位置上碳原子与钛原子是等价的,tic原子间以很强的共价键结合,具有类似金属的若干特性,如高的熔点、沸点和硬度,硬度仅次于金刚石,有良好的导热和导电性,在温度极低时甚至表现出超导性。因此,tic被广泛用于制造金属陶瓷,耐热合金、硬质合金、抗磨材料、高温辐射材料以及其它高温真空器件,用其制备的复相材料在机械加工、冶金矿产、航天和聚变堆等领域有着广泛的应用。
技术实现要素：
本发明的目的是为了改善wc-co硬质合金的硬度、耐磨性，设计了一种含tic和cr3c2的超细wc-8co硬质合金。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
含tic和cr3c2的超细wc-8co硬质合金的制备原料包括：粒径为0.8μm、纯度大于99.99wt%的wc粉末，粒径为0.8μm、纯度大于99.9wt%的co粉末，粒径为1μm、纯度大于99.95wt%的tic粉末和粒径为1μm、纯度大于99.95wt%cr3c2粉末。
含tic和cr3c2的超细wc-8co硬质合金的制备步骤为：将原料粉末按照实验设计方案进行配料后加至全方位行星式球磨机中进行球磨，球磨转速为350r/min，球磨介质为四氯化碳(ccl4)，球磨装置为wc-6co硬质合金磨球，球料比为10：1，成形剂为石蜡，球磨时间为72h。将球磨后的粉料放入真空干燥箱中进行干燥并研磨过筛，最后得到wc-8co复合粉体。混合粉体在200mpa的冷等静压下压制成型，并在氢气炉中脱脂处理。烧结时以5℃/min加热至600℃，保温30min；以10℃/min加热至1200℃，保温30min，然后在1420℃采用氮气为2mpa的低压烧结60min，烧结后随炉冷却至室温。
含tic和cr3c2的超细wc-8co硬质合金的检测步骤为：质量采用2104j型电子天平称量，密度采用阿基米德排水法测定，物相分析采用d8advance型x射线衍射仪，断口形貌采用nanosem430超高分辨率场发射扫描电镜观察，维氏硬度和断裂韧性采用压痕法测量。
所述的含tic和cr3c2的超细wc-8co硬质合金，cr3c2和tic粉末的添加能够提升硬质合金的力学性能，其作用机理为cr3c2和tic粉末的添加能够抑制烧结过程中硬质合金晶粒的长大，使硬质合金内部具有较细的晶粒尺寸，使硬质合金具有更均匀的内部结构。
所述的含tic和cr3c2的超细wc-8co硬质合金，所添加的cr3c2和tic粉末，二者在提升硬质合金性能方面有着不同的作用。cr3c2粉末的添加能够提高硬质合金的硬度，tic粉末的添加能够显著改善超细硬质合金的断裂韧性。
所述的含tic和cr3c2的超细wc-8co硬质合金，所添加的cr3c2和tic粉末按照如下配比进行硬质合金的制备时，硬质合金的综合性能最优。两种粉末的配比为：0.5wt%tic与0.5wt%cr3c2。所制得的硬质合金，其硬度从2180hv30提高到2698hv30，其断裂韧度从7.4mn·m-3/2提高到9.7mn·m-3/2。
本发明的有益效果是：
采用wc粉末、co粉末、tic粉末和cr3c2粉末为原料，经过配料、球磨、干燥、制粒、成形、烧结工艺成功制备了具有优异力学性能的含tic和cr3c2的超细wc-8co硬质合金。其中，cr3c2或tic的添加可以有效抑制烧结过程中晶粒的长大，这也是wc-8co硬质合金力学性能提升的关键。所制得的含tic和cr3c2的超细wc-8co硬质合金，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本发明能够为制备高性能的超细wc-8co硬质合金提供一种新的生产工艺。
具体实施方式
实施案例1：
含tic和cr3c2的超细wc-8co硬质合金的制备原料包括：粒径为0.8μm、纯度大于99.99wt%的wc粉末，粒径为0.8μm、纯度大于99.9wt%的co粉末，粒径为1μm、纯度大于99.95wt%的tic粉末和粒径为1μm、纯度大于99.95wt%cr3c2粉末。含tic和cr3c2的超细wc-8co硬质合金的制备步骤为：将原料粉末按照实验设计方案进行配料后加至全方位行星式球磨机中进行球磨，球磨转速为350r/min，球磨介质为四氯化碳(ccl4)，球磨装置为wc-6co硬质合金磨球，球料比为10：1，成形剂为石蜡，球磨时间为72h。将球磨后的粉料放入真空干燥箱中进行干燥并研磨过筛，最后得到wc-8co复合粉体。混合粉体在200mpa的冷等静压下压制成型，并在氢气炉中脱脂处理。烧结时以5℃/min加热至600℃，保温30min；以10℃/min加热至1200℃，保温30min，然后在1420℃采用氮气为2mpa的低压烧结60min，烧结后随炉冷却至室温。含tic和cr3c2的超细wc-8co硬质合金的检测步骤为：质量采用2104j型电子天平称量，密度采用阿基米德排水法测定，物相分析采用d8advance型x射线衍射仪，断口形貌采用nanosem430超高分辨率场发射扫描电镜观察，维氏硬度和断裂韧性采用压痕法测量。
实施案例2：
wc-co复合粉粒度细小且分布较均匀，但是有小部分团聚。球磨后wc-8co复合粉的物相组成主要为wc和co，存在少量的η相。
实施案例3：
断裂主要是以沿着co粘结相为主，断裂途径主要沿着wc的晶粒边界断裂，表现为脆性断裂。随着合金中tic或cr3c2的添加，合金的wc晶粒明显细化，微观结构更趋均匀，合金中微观结构缺陷得以减少。添加3wt%cr3c2后，硬质合金wc的平均尺寸降低到379nm，添加1%cr3c2和1.5%tic后，硬质合金中wc的平均尺寸降低到279nm。
实施案例4：
相邻wc晶粒之间存在一定厚度的粘结相co膜，使wc晶粒相互之间的邻接度减小，同时，wc晶粒细小且分布均匀，也有利于粘结相的填充和均匀分布。粘结相包覆wc晶粒的均匀分布抑制了相邻wc晶粒合并长大的趋势。在超细wc-8co复合粉体中添加tic和cr3c2能够在烧结过程中有效抑制wc晶粒的合并和异常长大。cr3c2和tic比wc优先溶解于液相co中，然后wc颗粒才开始溶解，使wc在co中的溶解度显著降低。添加的tic可能钉扎在wc晶界，进而阻止物相迁移即阻碍wc晶粒之间的连接和聚集长大，并且可以阻碍wc通过液相溶解析出而结晶，这才使得wc晶粒细化且在合金中分布均匀。
实施案例5：
四种合金中主要物相均为wc相和面心立方co相。添加cr3c2的硬质合金中无相出现，添加cr3c2或tic能减少甚至消除相的形成。尤其是cr3c2能有效的抑制wc-8co中相的形成。由于相是一种脆硬性相，该相的存在会降低wc基硬质合金的断裂韧度。这可能是由于添加cr3c2或tic，使得wc-8co复合粉体中的游离c增加。
实施案例6：
当添加cr3c2或tic时，合金的相对密度均有所下降。cr3c2的密度低于wc的理论密度，当添加cr3c2时，烧结后硬质合金块体的相对密度减小。由于过多的cr3c2溶解在粘结相中，导致烧结过程中液相co的流动性降低，不能充分地填充孔隙，最终降低了烧结试样的致密度。硬质合金的致密度得到提高，细晶粒tic颗粒均匀分布在wc颗粒之间填充间隙，使合金的晶粒结构更合理，从而使硬质合金组织更加致密。添加cr3c2时，wc-8co硬质合金的硬度明显得到提高。在烧结工艺和材料组分基本相同的情况下，硬度主要依赖于wc晶粒尺寸等因素。tic和cr3c2能够有效地抑制wc晶粒的连续和非连续生长，当wc晶粒细化，则硬度得以提高。
实施案例7：
添加0.7wt%tic与0.9wt%cr3c2后，硬质合金的断裂韧度相对基体合金提高了45%以上。wc-co硬质合金的断裂韧性主要受合金中wc晶粒的尺寸和粘结相含量的影响，粘结相含量是固定不变的，由于cr3c2的添加，合金中wc晶粒越来越细小，进而wc晶粒对裂纹扩展的阻碍作用变弱；由于cr3c2固溶在co中会引起粘结相对wc晶粒润湿性的降低，导致合金易于产生微孔缺陷，在断裂时微孔有可能成为裂纹源，且裂纹容易沿着微孔缺陷进行扩展。添加cr3c2对硬度的提升效果强，但却不利于改善wc-8co超细硬质合金的断裂韧性；添加tic对硬度的提升效果虽不明显，但却有助于提高超细硬质合金的断裂韧性；当同时添加0.1wt%tic与0.7wt%cr3c2时，其抑制wc晶粒长大及提升整体机械性能的效果较为理想。