本發(fā)明屬于材料制備技術領域，尤其涉及一種輕質高強度硬質合金材料及其制備方法。

背景技術：

目前，tic基硬質合金的硬度非常高，有很高的耐磨性，摩擦系數(shù)也小，具有較高的抗氧化能力、較高的耐熱性和較好的化學穩(wěn)定性。但是它的抗塑性變形能力、抗脆性破損能力、導熱性等均較差，抗磨料磨損性能也較低。因此其應用不如wc基硬質合金面廣量大。盡管tic基硬質合金用作刀具材料，適合對鑄鐵、普通鋼、高硬度鋼進行高速切削和干式切削，在某些加工場合性能優(yōu)于一般硬質合金刀具，但是刀具使用壽命任然難以和硬質合金刀具相當，尤其是tic基硬質合金刀具的耐磨性和使用壽命不理想，無法滿足市場需求。

通過上述分析，現(xiàn)有技術存在的問題及缺陷為：現(xiàn)有的tic基硬質合金刀具的耐磨性和使用壽命不理想，無法滿足市場需求。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供了一種輕質高強度硬質合金材料及其制備方法。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種輕質高強度硬質合金材料及其制備方法，所述輕質高強度硬質合金材料按照質量份數(shù)由鈦6～8份、碳1～2份、鋯3～6份、硅2～5份、銅1～4份、鎳2～3份、錳2～3份、鐵1～2份、鈮1～2份、鉻1～3份組成。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種輕質高強度硬質合金材料的制備方法，所述輕質高強度硬質合金材料的制備方法包括以下步驟：

步驟一，進行鈦粉的制備并使用制備的鈦粉、碳粉進行碳化鈦的制備：將氫化鈦真空脫氫，后置于氬氣壓力條件下進行氣流磨處理，得到高純度鈦粉；按照質量份數(shù)稱取高純度鈦粉6～8份、碳粉1～2份，分別進行鈦粉、碳粉的研磨得到粒徑均一的鈦粉、粒徑均一的碳粉；將鈦粉與碳粉進行混合，攪拌均勻后進行減壓成形得到復合物；將復合物置于石墨容器中，在高溫高純氫氣壓力條件下進行氫化處理得到碳化鈦；

步驟二，使用改性劑對碳化鈦進行改性得到改性碳化鈦：將制備的碳化鈦置于研磨機中進行充分研磨，得到小粒徑碳化鈦；將甲基三甲氧基硅烷與甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷進行混合，攪拌均勻后進行超聲分散，得到改性劑；將小粒徑碳化鈦與改性劑混合并對改性劑進行浸沒，加熱并攪拌，加熱結束后得到改性混合液；將改性混合液置于離心機中離心，收集固態(tài)物質即改性碳化鈦；

步驟三，進行輕質高強度硬質合金材料原料的預處理：按照質量份數(shù)稱取鋯、硅、銅、鎳、錳、鐵、鈮、鉻進行混合，并置于球磨機中；向球磨機中加入乙醇溶液，攪拌均勻后進行第一次球磨；第一次球磨結束后向球磨機中加入改性碳化鈦，并放入鋯球，進行第二次球磨，收集球磨產物，得到處理后的輕質高強度硬質合金材料原料；

步驟四，使用處理后的輕質高強度硬質合金材料原料進行輕質高強度硬質合金材料的制備：將輕質高強度硬質合金材料放入模具中，高壓壓制成型得到胚體；向模具中注入氟化鋰對胚體進行改性，得到改性胚體；將改性坯體在真空高溫條件下進行燒結，燒結結束后對模具進冷卻、放氣，冷卻至室溫得到輕質高強度硬質合金材料成品。

進一步，步驟一中，所述真空脫氫的溫度為600～700℃，真空脫氫時間為2～6h。

進一步，步驟一中，所述氣流磨處理的壓力為0.3～0.7mpa，處理時間為3～4h。

進一步，步驟一中，所述氫化處理的溫度為850～1200℃，氫化處理的壓力為0.1～0.3mpa。

進一步，步驟二中，所述超聲分散的頻率為50～60khz，超聲分散的時間為20～25min。

進一步，步驟二中，所述加熱的溫度為55～70℃，加熱時間為2～4h。

進一步，步驟三中，所述乙醇溶液的體積濃度為75％。

進一步，步驟三中，所述第一次球磨的球磨壓力為50～60n、球磨時間為20～30min。

進一步，步驟三中，所述第二次球磨的球磨壓力為50～80n、球磨時間為10～20min。

結合上述的所有技術方案，本發(fā)明所具備的優(yōu)點及積極效果為：本發(fā)明提供的輕質高強度硬質合金材料的原料配比合理，具有生產控制難度小、生產成本低的優(yōu)點，有利于降低材料制備的成本；在進行輕質高強度硬質合金材料的制備中，碳是保證合金材料獲得高強度、高硬度的有效強化元素之一，它可以顯著提高鋼的強度和硬度，防止淬火組織中出現(xiàn)鐵素體，生產的高強度合金硬度高且質量輕，能夠滿足市場的多樣化的需求。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請實施例的技術方案，下面將對本申請實施例中所需要使用的附圖做簡單的介紹，顯而易見地，下面所描述的附圖僅僅是本申請的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實施例提供的輕質高強度硬質合金材料的制備方法流程圖。

圖2是本發(fā)明實施例提供的進行鈦粉的制備并使用制備的鈦粉、碳粉進行碳化鈦的制備流程圖。

圖3是本發(fā)明實施例提供的使用改性劑對碳化鈦進行改性得到改性碳化鈦流程圖。

圖4是本發(fā)明實施例提供的進行輕質高強度硬質合金材料原料的預處理流程圖。

圖5是本發(fā)明實施例提供的使用處理后的輕質高強度硬質合金材料原料進行輕質高強度硬質合金材料的制備流程圖。

圖6是本發(fā)明實施例提供的實施案例1所制得樣品輕質高強度硬質合金材料硬度壓痕及裂紋的金相照片圖；

圖7是本發(fā)明中實施案例2所制得樣品輕質高強度硬質合金材料顯微硬度壓痕及裂紋的金相照片圖；

圖8是本發(fā)明中實施案例3所制得樣品的輕質高強度硬質合金材料斷口掃面電子顯微鏡照片圖；

圖9是本發(fā)明中實施案例3所制得樣品輕質高強度硬質合金材料的斷口掃面電子顯微鏡照片圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供了一種輕質高強度硬質合金材料及其制備方法，下面結合附圖對本發(fā)明作詳細的描述。

本發(fā)明實施例提供的輕質高強度硬質合金材料按照質量份數(shù)由鈦6～8份、碳1～2份、鋯3～6份、硅2～5份、銅1～4份、鎳2～3份、錳2～3份、鐵1～2份、鈮1～2份、鉻1～3份組成。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的輕質高強度硬質合金材料的制備方法包括以下步驟：

s101，進行鈦粉的制備并使用制備的鈦粉、碳粉進行碳化鈦的制備；

s102，使用改性劑對碳化鈦進行改性得到改性碳化鈦；

s103，進行輕質高強度硬質合金材料原料的預處理；

s104，使用處理后的輕質高強度硬質合金材料原料進行輕質高強度硬質合金材料的制備。

如圖2所示，本發(fā)明實施例提供的進行鈦粉的制備并使用制備的鈦粉、碳粉進行碳化鈦的制備，包括：

s201，將氫化鈦真空脫氫，后置于氬氣壓力條件下進行氣流磨處理，得到高純度鈦粉；

s202，按照質量份數(shù)稱取高純度鈦粉6～8份、碳粉1～2份，分別進行鈦粉、碳粉的研磨得到粒徑均一的鈦粉、粒徑均一的碳粉；

s203，將鈦粉與碳粉進行混合，攪拌均勻后進行減壓成形得到復合物；

s204，將復合物置于石墨容器中，在高溫高純氫氣壓力條件下進行氫化處理得到碳化鈦。

步驟s201中，本發(fā)明實施例提供的真空脫氫的溫度為600～700℃，真空脫氫時間為2～6h。

步驟s201中，本發(fā)明實施例提供的氣流磨處理的壓力為0.3～0.7mpa，處理時間為3～4h。

步驟s204中，本發(fā)明實施例提供的氫化處理的溫度為850～1200℃，氫化處理的壓力為0.1～0.3mpa。

如圖3所示，本發(fā)明實施例提供的使用改性劑對碳化鈦進行改性得到改性碳化鈦，包括：

s301，將制備的碳化鈦置于研磨機中進行充分研磨，得到小粒徑碳化鈦；

s302，將甲基三甲氧基硅烷與甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷進行混合，攪拌均勻后進行超聲分散，得到改性劑；

s303，將小粒徑碳化鈦與改性劑混合并對改性劑進行浸沒，加熱并攪拌，加熱結束后得到改性混合液；

s304，將改性混合液置于離心機中離心，收集固態(tài)物質即改性碳化鈦。

步驟s202中，本發(fā)明實施例提供的超聲分散的頻率為50～60khz，超聲分散的時間為20～25min。

步驟s203中，本發(fā)明實施例提供的加熱的溫度為55～70℃，加熱時間為2～4h。

如圖4所示，本發(fā)明實施例提供的進行輕質高強度硬質合金材料原料的預處理，包括：

s401，按照質量份數(shù)稱取鋯、硅、銅、鎳、錳、鐵、鈮、鉻進行混合，并置于球磨機中；

s402，向球磨機中加入乙醇溶液，攪拌均勻后進行第一次球磨；

s403，第一次球磨結束后向球磨機中加入改性碳化鈦，并放入鋯球，進行第二次球磨，收集球磨產物，得到處理后的輕質高強度硬質合金材料原料。

步驟s402中，本發(fā)明實施例提供的乙醇溶液的體積濃度為75％。

步驟s402中，本發(fā)明實施例提供的第一次球磨的球磨壓力為50～60n、球磨時間為20～30min。

步驟s403中，本發(fā)明實施例提供的第二次球磨的球磨壓力為50～80n、球磨時間為10～20min。

如圖5所示，本發(fā)明實施例提供的使用處理后的輕質高強度硬質合金材料原料進行輕質高強度硬質合金材料的制備，包括：

s501，將輕質高強度硬質合金材料放入模具中，高壓壓制成型得到胚體；

s502，向模具中注入氟化鋰對胚體進行改性，得到改性胚體；

s503，將改性坯體在真空高溫條件下進行燒結，燒結結束后對模具進冷卻、放氣，冷卻至室溫得到輕質高強度硬質合金材料成品。

下面結合具體實施例對本發(fā)明技術方案作進一步描述。

實施例1

一種輕質高強度硬質合金材料，所述輕質高強度硬質合金材料按照質量份數(shù)由鈦6份、碳1份、鋯3份、硅2份、銅1份、鎳2份、錳2份、鐵1份、鈮1份、鉻1份組成。

實施例2

一種輕質高強度硬質合金材料，所述輕質高強度硬質合金材料按照質量份數(shù)由鈦8份、碳2份、鋯6份、硅5份、銅4份、鎳3份、錳3份、鐵2份、鈮2份、鉻3份組成。

實施例3

一種輕質高強度硬質合金材料，所述輕質高強度硬質合金材料按照質量份數(shù)由鈦7份、碳1.5份、鋯4.5份、硅3.5份、銅2.5份、鎳2.5份、錳2.5份、鐵1.5份、鈮1.5份、鉻2份組成。

下面結合實驗數(shù)據(jù)對本發(fā)明積極效果作進一步描述。

本發(fā)明產品輕質高強度硬質合金材料其性能見表1。表1實施案例1-3所制得試樣的性能

圖6是本發(fā)明實施例提供的實施案例1所制得樣品輕質高強度硬質合金材料硬度壓痕及裂紋的金相照片圖；

圖7是本發(fā)明中實施案例2所制得樣品輕質高強度硬質合金材料顯微硬度壓痕及裂紋的金相照片圖；

圖8是本發(fā)明中實施案例3所制得樣品的輕質高強度硬質合金材料斷口掃面電子顯微鏡照片圖；

圖9是本發(fā)明中實施案例3所制得樣品輕質高強度硬質合金材料的斷口掃面電子顯微鏡照片圖。

以上所述，僅為本發(fā)明較優(yōu)的具體的實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。

技術特征：

1.一種輕質高強度硬質合金材料的制備方法，其特征在于，所述輕質高強度硬質合金材料的制備方法包括以下步驟：

步驟一，進行鈦粉的制備并使用制備的鈦粉、碳粉進行碳化鈦的制備：將氫化鈦真空脫氫，后置于氬氣壓力條件下進行氣流磨處理，得到高純度鈦粉；按照質量份數(shù)稱取高純度鈦粉6～8份、碳粉1～2份，分別進行鈦粉、碳粉的研磨得到粒徑均一的鈦粉、粒徑均一的碳粉；將鈦粉與碳粉進行混合，攪拌均勻后進行減壓成形得到復合物；將復合物置于石墨容器中，在高溫高純氫氣壓力條件下進行氫化處理得到碳化鈦；

步驟二，使用改性劑對碳化鈦進行改性得到改性碳化鈦：將制備的碳化鈦置于研磨機中進行充分研磨，得到小粒徑碳化鈦；將甲基三甲氧基硅烷與甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷進行混合，攪拌均勻后進行超聲分散，得到改性劑；將小粒徑碳化鈦與改性劑混合并對改性劑進行浸沒，加熱并攪拌，加熱結束后得到改性混合液；將改性混合液置于離心機中離心，收集固態(tài)物質即改性碳化鈦；

步驟三，進行輕質高強度硬質合金材料原料的預處理：按照質量份數(shù)稱取鋯、硅、銅、鎳、錳、鐵、鈮、鉻進行混合，并置于球磨機中；向球磨機中加入乙醇溶液，攪拌均勻后進行第一次球磨；第一次球磨結束后向球磨機中加入改性碳化鈦，并放入鋯球，進行第二次球磨，收集球磨產物，得到處理后的輕質高強度硬質合金材料原料；

步驟四，使用處理后的輕質高強度硬質合金材料原料進行輕質高強度硬質合金材料的制備：將輕質高強度硬質合金材料放入模具中，高壓壓制成型得到胚體；向模具中注入氟化鋰對胚體進行改性，得到改性胚體；將改性坯體在真空高溫條件下進行燒結，燒結結束后對模具進冷卻、放氣，冷卻至室溫得到輕質高強度硬質合金材料成品。

2.如權利要求1所述輕質高強度硬質合金材料的制備方法，其特征在于，步驟一中，所述真空脫氫的溫度為600～700℃，真空脫氫時間為2～6h。

3.如權利要求1所述輕質高強度硬質合金材料的制備方法，其特征在于，步驟一中，所述氣流磨處理的壓力為0.3～0.7mpa，處理時間為3～4h。

4.如權利要求1所述輕質高強度硬質合金材料的制備方法，其特征在于，步驟一中，所述氫化處理的溫度為850～1200℃，氫化處理的壓力為0.1～0.3mpa。

5.如權利要求1所述輕質高強度硬質合金材料的制備方法，其特征在于，步驟二中，所述超聲分散的頻率為50～60khz，超聲分散的時間為20～25min。

6.如權利要求1所述輕質高強度硬質合金材料的制備方法，其特征在于，步驟二中，所述加熱的溫度為55～70℃，加熱時間為2～4h。

7.如權利要求1所述輕質高強度硬質合金材料的制備方法，其特征在于，步驟三中，所述乙醇溶液的體積濃度為75％。

8.如權利要求1所述輕質高強度硬質合金材料的制備方法，其特征在于，步驟三中，所述第一次球磨的球磨壓力為50～60n、球磨時間為20～30min。

9.如權利要求1所述輕質高強度硬質合金材料的制備方法，其特征在于，步驟三中，所述第二次球磨的球磨壓力為50～80n、球磨時間為10～20min。

10.一種輕質高強度硬質合金材料，其特征在于，所述輕質高強度硬質合金材料按照質量份數(shù)由鈦6～8份、碳1～2份、鋯3～6份、硅2～5份、銅1～4份、鎳2～3份、錳2～3份、鐵1～2份、鈮1～2份、鉻1～3份組成。

技術總結

本發(fā)明屬于材料制備技術領域，公開了一種輕質高強度硬質合金材料及其制備方法，所述輕質高強度硬質合金材料按照質量份數(shù)由鈦6～8份、碳1～2份、鋯3～6份、硅2～5份、銅1～4份、鎳2～3份、錳2～3份、鐵1～2份、鈮1～2份、鉻1～3份組成。本發(fā)明提供的輕質高強度硬質合金材料的原料配比合理，具有生產控制難度小、生產成本低的優(yōu)點，有利于降低材料制備的成本；在進行輕質高強度硬質合金材料的制備中，碳是保證合金材料獲得高強度、高硬度的有效強化元素之一，它可以顯著提高鋼的強度和硬度，能夠防止淬火組織中出現(xiàn)鐵素體，生產的高強度合金硬度高且質量輕，能夠滿足市場的多樣化的需求。

技術研發(fā)人員：魏昭然

受保護的技術使用者：江蘇軒轅特種材料科技有限公司

技術研發(fā)日：2021.05.08

技術公布日：2021.08.27