一种硬质合金及其制备方法与流程

本发明涉及金属材料领域，具体为一种硬质合金及其制备方法。

背景技术：

1、硬质合金因具有高强度、高硬度、高弹性模量，被广泛应用于多种领域，被誉为“工业牙齿”。在应用于一些特殊领域时，不但需要硬质合金具备较高的硬度，还需要具有良好的韧性和耐磨性能，化学气相沉积(chemical vapor deposition，cvd)纳米金刚石涂层，是一种在硬质合金基体上，利用cvd法沉积了一层纳米金刚石薄膜涂层的方法，沉积了纳米金刚石涂层的硬质合金既具有硬质合金的强韧性，又兼具了纳米涂层表面平整光滑、摩擦系数小、耐磨等优点，但是由于硬质合金中的co在cvd金刚石生长条件下促进石墨生长，使cvd金刚石很难形核，从而导致金刚石涂层与硬质合金基体之间的界面结合强度变差，影响应用效果。

技术实现思路

1、发明目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种硬质合金及其制备方法。

2、所采用的技术方案如下：

3、一种硬质合金，包括合金基体、过渡层和金刚石涂层；

4、所述过渡层为cotivninb合金层。

5、进一步地，以重量分数计，所述合金基体包括以下成分：

6、co 6-10％、过渡金属碳化物0.2-0.5％、b2o3 1-2％、al2o3 0.3-0.6％、sro0.1-0.2％、稀土氧化物0.5-1％、余量为wc。

7、进一步地，所述cotivninb合金层中co、ti、v、ni、nb的物质的量比为2-4：1：1：1：0.1-0.2，优选为2：1：1：1：0.1。

8、进一步地，所述过渡金属碳化物为tic、tac、vc、cr3c2、nbc、zrc、hfc中的任意一种或多种组合。

9、进一步地，所述过渡金属碳化物为vc和hfc，所述vc和hfc的质量比为1-4：1-4。

10、进一步地，所述稀土氧化物为la2o3、ceo2、y2o3中的任意一种或多种组合，优选为la2o3。

11、本发明还提供了一种硬质合金的制备方法，具体如下：

12、s1:将co、ti、v、ni、nb粉末按物质的量比混合后，ar气保护下进行球磨，前40-45h采用干磨，后3-6h进行湿磨，最后干燥得到cotivninb合金粉末待用，将co、过渡金属碳化物、b2o3、al2o3、sro、稀土氧化物、wc混合球磨后干燥，所得混合料模压成型后真空烧结，先升温至600-650℃保温烧结10-20min，再升温至1300℃-1350℃保温烧结3-6min，自然冷却至室温得到所述合金基体；

13、s2:对所述合金基体表面进行清洁后，利用激光熔覆技术、热喷涂技术、冷喷涂技术、磁控溅射技术或电化学沉积技术将cotivninb合金粉末在所述合金基体表面沉积得到cotivninb合金层后，再放入纳米金刚石丙酮悬浮液中超声研磨处理30-50min，取出，清洗干燥后进行金刚石涂层化学气相沉积，反应气源为甲烷、氢气、含硼气体，沉积前先抽真空至本底真空度≤4pa，再热丝碳化1-2h。

14、进一步地，模压成型时的压力为20-50mpa。

15、进一步地，所述甲烷、氢气、含硼气体的流量比为1：20-30：0.5-1。

16、进一步地，所述含硼气体为硼烷、硼酸三甲酯、硼酸三乙酯或硼酸三丙酯中的任意一种或多种组合。

17、本发明的有益效果：

18、本发明提供了一种硬质合金，包括合金基体、过渡层和金刚石涂层，过渡层为cotivninb合金层，cotivninb合金层能够阻碍碳和合金基体中石墨化元素钴的扩散，减少金刚石和合金基体的晶格参数、热膨胀系数不匹配而产生的热应力，与金刚石涂层、合金基体两种异质材料均能形成较强的结合键，提高金刚石的形核密度和金刚石涂层的界面结合强度，金刚石涂层化学气相沉积时通入含硼气体，对金刚石生长具有一定的细化作用，最终表现为金刚石涂层的晶粒更均匀、细小，具有更高的界面结合强度、力学强度和光滑程度，合金基体中加入过渡金属碳化物可作为晶粒生长抑制剂，降低晶粒尺寸，并能够通过裂纹偏转、分叉、钉扎和穿晶断裂的协同作用将裂纹扩展尖端应力分散或转移，增加裂纹扩展阻力，并最终提高合金基体硬度和韧性，b2o3、al2o3、sro、稀土氧化物在高温烧结时，形成的液相有助于提高wc原子的扩散能力，并可以更好地填充wc粉末间隙，获得更加致密的合金基体，进一步提高硬度和断裂韧性，本发明所制备的合金基体具有较高的室温硬度和800℃硬度，且韧性良好。

技术特征：

1.一种硬质合金，其特征在于，包括合金基体、过渡层和金刚石涂层；

2.如权利要求1所述的硬质合金，其特征在于，以重量分数计，所述合金基体包括以下成分：

3.如权利要求2所述的硬质合金，其特征在于，所述cotivninb合金层中co、ti、v、ni、nb的物质的量比为2-4：1：1：1：0.1-0.2，优选为2：1：1：1：0.1。

4.如权利要求2所述的硬质合金，其特征在于，所述过渡金属碳化物为tic、tac、vc、cr3c2、nbc、zrc、hfc中的任意一种或多种组合。

5.如权利要求4所述的硬质合金，其特征在于，所述过渡金属碳化物为vc和hfc，所述vc和hfc的质量比为1-4：1-4。

6.如权利要求2所述的硬质合金，其特征在于，所述稀土氧化物为la2o3、ceo2、y2o3中的任意一种或多种组合，优选为la2o3。

7.一种如权利要求1-6中任一项所述的硬质合金的制备方法，其特征在于，具体如下：

8.如权利要求7所述的硬质合金的制备方法，其特征在于，s1中模压成型时的压力为20-50mpa。

9.如权利要求7所述的硬质合金的制备方法，其特征在于，s2中所述甲烷、氢气、含硼气体的流量比为1：20-30：0.5-1。

10.如权利要求7所述的硬质合金的制备方法，其特征在于，s2中所述含硼气体为硼烷、硼酸三甲酯、硼酸三乙酯或硼酸三丙酯中的任意一种或多种组合。

技术总结
本发明涉及金属材料领域，具体为一种硬质合金及其制备方法，包括合金基体、过渡层和金刚石涂层；所述过渡层为CoTiVNiNb合金层，本发明所制备的合金基体具有较高的室温硬度和800℃硬度，且韧性良好。

技术研发人员：相仁发,谢艳云,邱佳
受保护的技术使用者：长沙超金刚机械制造有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13