一种碳化钨钛铌锆固溶体粉末及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种固溶体粉末，特别涉及一种碳化钨钛铌锆固溶体粉末，属于硬质合金材料材料领域。本发明为降低硬质合金材料成本，提供一种碳化钨钛铌锆固溶体粉末，所述碳化钨钛铌锆固溶体的化学式为（W0.17-0.21Ti0.24-0.29Nb0.31-0.36Zr0.19-0.22）C；本发明还提供所述碳化钨钛铌锆固溶体粉末的制备方法。本发明获得的碳化钨钛铌锆固溶体粉末使用NbC和ZrC组合代替TaC能得到性能优良且成本低廉的固溶体粉末，用于硬质合金刀具中，可以很好地改善刀具的切削性能。
【专利说明】一种碳化钨钛铌锆固溶体粉末及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种固溶体粉末，特别涉及一种碳化钨钛铌锆固溶体粉末，属于硬质 合金材料材料领域。
【背景技术】
[0002] 硬质合金切削刀具在切削钢材时由于被加工材质硬度的不断提高以及切削速度 的提高，对合金的高温性能也提出了更高的要求。现有技术中，通常是加入（Ta,Nb)C至硬 质合金刀片中，其作用之一：作为硬质合金晶粒生长抑制剂，在添加（Ta, Nb) C后可阻止硬 质合金烧结过程中晶粒的长大；其作用之二，是与TiC 一起形成除WC和Co之外的第三弥 散相，显著增加硬质合金的抗热冲击，抗热压及抗氧化的能力和提高硬质合金的热硬度。
[0003] 为了改善硬质合金的物理力学性能，常加入WC-TiC-TaC的复式固溶体，以改善硬 质合金的切削性能。近年来随着TaC价格的猛涨，科研人员都在寻找新型的无 Ta固溶体， 以降低硬质合金材料的成本，使其能有更广泛的应用。
【发明内容】
[0004] 本发明解决的技术问题是，利用无 Ta固溶体来实现降低硬质合金材料成本的目 的。
[0005] 本发明的技术方案之一是，提供一种碳化钨钛铌锆固溶体粉末，所述碳化钨钛铌 锆固溶体的化学式为（Wtl .17-0. 2lTi〇. 24-0. 29Nb0. 31-〇. 36 Zr0.19_0.22) C。
[0006] 进一步地，所述碳化钨钛铌锆固溶体的化学式为（WQ.2Q Tia24Nba35Zra21) C。
[0007] 进一步地，所述碳化钨钛铌锆固溶体的化学式为（WQ.2Q Tia28Nba32Zra2tl) C。
[0008] 进一步地，所述碳化钨钛铌锆固溶体的化学式为（Wai7Tia26Nb a36Zra21) C。
[0009] 本发明的技术方案之二是，提供制备所述碳化钨钛铌锆固溶体粉末的方法，包括 以下步骤： 1) 按重量份分别称取30?35份WC，30?35份NbC，17?22份ZrC，15?20份TiO2以及7?9份炭黑粉末，混合得到原料混合物； 2) 以酒精作为球磨介质，通过滚动球磨得原料混合物料浆； 3) 将所述原料混合物料浆干燥，然后擦筛、圆筒制粒，得到混合料； 4) 将所述混合料在1700?1900 °C条件下反应2?4 h，得到碳化钨钛铌锆固溶体粉 末。
[0010] 进一步地，步骤2)中加入原料混合物质量2?5%的聚乙二醇。
[0011] 进一步地，步骤3)中干燥的条件为一0.02?一0.08 MPa、70?80 °C。
[0012] 进一步地，所述混合料粒度约为0. 5?I mm。
[0013] 本发明以TiO2作为Ti源，分别以WC作为W源，ZrC作为Zr源，NbC作为Nb源， 再配以一定量的炭黑还原TiO2，在真空下进行固溶反应，从而制得固溶体粉末。
[0014] 本发明中使用的NbC代替TaC，同样可以改善合金的高温硬度（即红硬性)、高温强 度和抗氧化性，一般情况下，TaC在合金中的质量分数为2%-10%，NbC较TaC脆，一般添加量 在合金中的质量分数为2%-5%。ZrC作为一种难熔的金属碳化物，具有高熔点、高硬度、高热 导和电导率、以及高的化学稳定性等优良特性。本发明还添加 ZrC，NbC与ZrC相匹配可以 提高材料的韧性，最后使得合金材料切削使用性能会变好。本发明产品不仅能保证合金性 能达到加 Ta -样的效果，更重要的是能显著降低成本（TaC约2500元/公斤，NbC、ZrC约 800元/公斤)。
[0015] 本发明利用乙醇作为球磨介质，它能使各种比重相差大的粉末混合均匀（如WC粉 与C粉）；加入PEG为表面活性剂，它能改变粉末表面的电荷状况，利于后面的干燥，干燥后 的粉末不成团块状。
[0016] 本发明提供的所述固溶体粉末可提高硬质合金的高温性能。所得的固溶体粉末具 有很好的固溶度，通过XRD分析为单相结构，同时产品的纯度高，氧含量低。
[0017] 本发明的有益效果是，使用NbC和ZrC组合代替TaC能得到性能优良且成本低廉 的固溶体粉末，用于硬质合金刀具中，可以很好地改善刀具的切削性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为实施例1中WTNZl的XRD图谱。
[0019] 图2为实施例2中WTNZ2的XRD图谱。
[0020] 图3为实施例3中WTNZ3的XRD图谱。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合实施例对本发明作进一步说明。
[0022] 实施例1 采用粒度为l.o ym的TiO2粉末，2 ilmWC，ZrC和NbC以及炭黑粉末作为原料，其 质量配比为TiO2:WC: ZrC:NbC: C=17:32:19:32:7. 66。在混料过程中加入约为混合原材料 重量3%的PEG-4000作为表面活性剂。将混合好的料浆在真空度为一0. 04 MPa，温度为78 °C的条件下干燥，待混合料降至室温后取出，经过过筛和圆筒制粒，制得粒度为0. 8 _粒子 粉末，然后将粒子粉末在1900°C温度下，真空碳管炉中真空固溶2. 5小时，得到最终组织为 (W〇.2〇 Ti〇.24Nb〇.35Zr〇.21) C 的 WTNZl 固溶体粉末。
[0023] 粉末的性能指标： 1) 所制得的粉末为面心立方晶型产品，几种化合物达到了很好的固溶，图1显示了所 制得的固溶体粉末WTNZl的XRD图谱； 2) 所制得的粉末的平均粒度为1. 5-2. 0 ii m ; 3) WTNZl固溶体化学组成表1
【权利要求】
1. 一种碳化钨钛铌锆固溶体粉末，其特征在于，所述碳化钨钛铌锆固溶体的化学式为 (评0. 17-0. 2lTi〇. 24-0. 29Nb0. 3卜〇. 36Zr0. 19_0. 22 ) C。
2. 如权利要求1所述的碳化钨钛铌锆固溶体粉末，其特征在于，所述碳化钨钛铌锆固 溶体的化学式为（WQ.2Q Tic^Nbc^Zr。^) C。
3. 如权利要求1所述的碳化钨钛铌锆固溶体粉末，其特征在于，所述碳化钨钛铌锆固 溶体的化学式为（WQ.2Q Ti^NUr^。）C。
4. 如权利要求1所述的碳化钨钛铌锆固溶体粉末，其特征在于，所述碳化钨钛铌锆固 溶体的化学式为（W^Ti^NUr^K。
5. -种制备如权利要求1-4之一所述碳化钨钛铌锆固溶体粉末的方法，包括以下步 骤： 1) 按重量份分别称取30?35份WC，30?35份NbC，17?22份ZrC，15?20份Ti02以及7?9份炭黑粉末，混合得到原料混合物； 2) 以酒精作为球磨介质，通过滚动球磨得原料混合物料浆； 3) 将所述原料混合物料浆干燥，然后擦筛、圆筒制粒，得到混合料； 4) 将所述混合料在1700?1900 °C条件下反应2?4 h，得到碳化钨钛铌锆固溶体粉 末。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤2)中加入原料混合物质量2?5%的聚 乙二醇。
7. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤3)中干燥的条件为一0. 02?一0. 08 MPa、70 ?80 °C。
8. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述混合料粒度约为0. 5?1 mm。
【文档编号】C22C1/05GK104451321SQ201410739695
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月8日 优先权日:2014年12月8日
【发明者】郭伟, 张平 申请人:长沙伟徽高科技新材料股份有限公司