权利要求
1.一种兼具高强度高韧性的核壳结构硬质合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备粗晶WC-Co混合粉末：将平均粒径为5~15µm的粗WC粉末和Co粉末混合后，以乙醇为球磨介质进行球磨，球磨介质与原料粉末的液固比为600~800mL/kg，磨球与原料粉末的质量比为1:1~3:1，球磨机转速为500~600r/min，球磨5~6h后，加入溶于水的聚乙二醇成型剂继续球磨0.5~1h，其中聚乙二醇添加量为原料粉末总质量的2~3%，且乙醇与水的体积比为8:2~17:1;之后将料浆干燥、过50~200目筛，得到用作基体组织的粗晶WC-Co混合粉末;
(2)制备细晶WC-Co混合粉末：将平均粒径<1µm的细WC粉末、Co粉末、VC粉末和Cr3C2粉末为原料，其中VC粉末添加量为原料总质量的0.2~0.8%，Cr3C2粉末添加量为原料总质量的0.2~1%;将原料按设计质量比混合后，以乙醇为球磨介质进行球磨，球磨介质与原料粉末的液固比为600~800mL/kg，磨球与原料粉末的质量比为1:1~3:1，球磨机转速为500~600r/min，球磨9~10h后，加入溶于水的聚乙二醇成型剂继续球磨≤1h，其中聚乙二醇添加量为原料粉末总质量的2~3%，且乙醇与水的体积比≥8:2;之后将料浆干燥、过50~100目筛，得到细晶WC-Co混合粉末;
(3)造粒：将步骤(2)得到的细晶WC-Co混合粉末置于转速为80~120r/min的造粒筒中，利用静电吸附作用使其团聚成WC-Co球形颗粒;
(4)筛分：对步骤(3)得到的WC-Co球形颗粒进行分级过筛，分离出粒径在75~850µm范围内的不同粒径区间的球形颗粒，作为核心组织;
(5)混合：将步骤(4)得到的一种或多种不同粒径区间的球形颗粒与步骤(1)得到的粗晶WC-Co混合粉末按质量比≥8:2混合1~3h，混合转速为30~60r/min，得到核-基包覆型混合粉末;
(6)成型与烧结：将步骤(5)得到的核-基包覆型混合粉末模压成型，然后低压烧结，随后冷却，得到所述兼具高强度高韧性的核壳结构硬质合金。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述粗晶WC-Co混合粉末中WC与Co的质量比为84:16~92:8。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述细晶WC-Co混合粉末中WC与Co的质量比为84:16~97:3。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述筛分采用20~200目的标准筛网进行，分离出的球形颗粒的粒径区间选自75~150µm、150~300µm和300~850µm中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述WC-Co球形颗粒与粗晶WC-Co混合粉末的质量比为8:2~9.8:0.2。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，所述低压烧结过程具体包括：先在270~450℃下进行负压脱蜡以去除成型剂，然后在1410~1480℃、5~8MPa条件下进行液相烧结并保温80~100min，最后采用多段冷却工艺冷却至室温。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，所述烧结在惰性气体保护气氛下进行。
8.权利要求1~7任一项所述制备方法制备得到的兼具高强度高韧性的核壳结构硬质合金，其特征在于，其微观组织为由细晶WC-Co球形核心和包覆其外的粗晶WC-Co基体构成的核壳结构，核心的平均粒径为75~850µm，基体与核心的质量比≤2:8。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于硬质合金和
粉末冶金技术领域，更具体的说是涉及一种兼具高强度高韧性的核壳结构硬质合金的制备方法。
背景技术
[0002]WC-Co硬质合金因其具有高硬度、高耐磨性、良好的横向断裂强度，广泛应用于耐磨零件、切削刀具、
采矿工具等领域。由于WC硬质相和Co粘结相力学性能上存在显著差异，使得WC-Co硬质合金难以同时获得高韧性和高强度的综合力学性能。目前，研究人员一般通过调控硬质合金的抑制剂种类及含量、粘结剂成分、制备工艺等来改善硬质合金的综合力学性能，但仍难以解决断裂韧性和断裂强度之间的矛盾，无法满足高端工业应用需求。
[0003]利用传统的均质结构硬质合金来解决此问题较为困难，需要开发出特殊组织结构硬质合金的制备技术，这对于实现硬质合金断裂韧性和断裂强度的协同提高具有极其重要的意义。
发明内容
[0004]本发明的目的是提供一种兼具高强度高韧性的核壳结构硬质合金的制备方法，以解决上述现有技术存在的问题。
[0005]本发明的目的在于解决现有均质结构硬质合金难以协同提升断裂韧性和断裂强度的难题，提供一种兼具高强度、高韧性的核壳结构硬质合金的制备方法。本发明首先以粗WC粉末(5~15µm)、Co粉末为原料，球磨干燥过筛后得到粗晶WC-Co混合粉末;然后以细WC粉末(<1µm)、Co粉末、VC粉末和Cr3C2粉末为原料，球磨干燥过筛后利用粉末间的静电吸附作用团聚成细晶WC-Co球型颗粒;最后将粗晶WC-Co混合粉末和细晶WC-Co球型颗粒按照一定的比例混合，利用低压烧结技术得到具有高强度、高韧性的核壳结构硬质合金。
[0006]为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
[0007]本发明技术方案之一：提供一种兼具高强度高韧性的核壳结构硬质合金的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)制备粗晶WC-Co混合粉末：将平均粒径为5~15µm的粗WC粉末和Co粉末混合后，以乙醇为球磨介质进行球磨，球磨介质与原料粉末的液固比为600~800mL/kg，磨球与原料粉末的质量比为1:1~3:1，球磨机转速为500~600r/min，球磨5~6h后，加入溶于水的聚乙二醇成型剂继续球磨0.5~1h，其中聚乙二醇添加量为原料粉末总质量的2~3%，且乙醇与水的体积比为8:2~17:1;之后将料浆干燥、过50~200目筛，得到用作基体组织的粗晶WC-Co混合粉末;
[0009](2)制备细晶WC-Co混合粉末：将平均粒径<1µm的细WC粉末、Co粉末、VC粉末和Cr3C2粉末为原料，其中VC粉末添加量为原料总质量的0.2~0.8%，Cr3C2粉末添加量为原料总质量的0.2~1%;将原料按设计质量比混合后，以乙醇为球磨介质进行球磨，球磨介质与原料粉末的液固比为600~800mL/kg，磨球与原料粉末的质量比为1:1~3:1，球磨机转速为500~600r/min，球磨9~10h后，加入溶于水的聚乙二醇成型剂继续球磨≤1h，其中聚乙二醇添加量为原料粉末总质量的2~3%，且乙醇与水的体积比≥8:2;之后将料浆干燥、过50~100目筛，得到细晶WC-Co混合粉末;
[0010](3)造粒：将步骤(2)得到的细晶WC-Co混合粉末置于转速为80~120r/min的造粒筒中，利用静电吸附作用使其团聚成WC-Co球形颗粒;
[0011](4)筛分：对步骤(3)得到的WC-Co球形颗粒进行分级过筛，分离出粒径在75~850µm范围内的不同粒径区间的球形颗粒，作为核心组织;
[0012](5)混合：将步骤(4)得到的一种或多种不同粒径区间的球形颗粒与步骤(1)得到的粗晶WC-Co混合粉末按质量比≥8:2混合1~3h，混合转速为30~60r/min，得到核-基包覆型混合粉末;
[0013](6)成型与烧结：将步骤(5)得到的核-基包覆型混合粉末模压成型，然后低压烧结，随后冷却，得到所述兼具高强度高韧性的核壳结构硬质合金。
[0014]优选地，步骤(1)中，所述粗晶WC-Co混合粉末中WC与Co的质量比为84:16~92:8。
[0015]优选地，步骤(2)中，所述细晶WC-Co混合粉末中WC与Co的质量比为84:16~97:3。
[0016]优选地，步骤(4)中，所述筛分采用20~200目的标准筛网进行，分离出的球形颗粒的粒径区间选自75~150µm、150~300µm和300~850µm中的一种或多种。
[0017]优选地，步骤(5)中，所述WC-Co球形颗粒与粗晶WC-Co混合粉末的质量比为8:2~9.5:0.5。
[0018]优选地，步骤(6)中，所述模压成型的压制压力为8~15MPa。
[0019]优选地，步骤(6)中，所述低压烧结过程具体包括：先在270~450℃下进行负压脱蜡以去除成型剂，然后在1410~1480℃、5~8MPa条件下进行液相烧结并保温80~100min，最后采用多段冷却工艺冷却至室温。
[0020]优选地，步骤(6)中，所述烧结在惰性气体保护气氛下进行。
[0021]本发明技术方案之二：提供上述制备方法制备得到的兼具高强度高韧性的核壳结构硬质合金，其微观组织为由细晶WC-Co球形核心和包覆其外的粗晶WC-Co基体构成的核壳结构，核心的平均粒径为75~850µm，基体与核心的质量比≤2:8。
[0022]本发明公开了以下技术效果：
[0023](1)本发明使用的成型技术为模压成型，与挤压成型相比能最大程度保留核壳结构粉体的原始球形度和基体组织的完整性，且设备工艺成本低。
[0024](2)本发明中将聚乙二醇成型剂溶于去离子水后添加到混合粉末中，与直接将固体聚乙二醇成型剂加入混合粉末中相比，能够使聚乙二醇成型剂和原料粉末充分的混合均匀，在后续造粒时能够使粉末有更高的流动性，进而使其粉末具有更高的利用率。
[0025](3)本发明使用简易装置造粒筒进行造粒，与喷雾干燥相比具有：核心组织粒径可调控性强、能够保持核壳结构的完整性、设备投入低且工艺流程更加简化等优点。
[0026](4)核壳结构硬质合金中具有高韧性的粗晶WC-Co基体组织，能有效阻止裂纹的扩展，使其具有核心组织高强度的同时能够具备高韧性，获得高强度、高韧性优异的综合力学性能。
[0027](5)本发明能够通过调控基体组织和核心组织的成分、粒径以及比例来获得不同力学性能需求的核壳结构硬质合金，以此来适应不同的工作环境需求。
附图说明
[0028]图1为实施例1制备的核壳结构硬质合金显微组织形貌照片;
[0029]图2为实施例2制备的核壳结构硬质合金显微组织形貌照片;
[0030]图3为实施例3制备的核壳结构硬质合金显微组织形貌照片;
[0031]图4为实施例4制备的核壳结构硬质合金显微组织形貌照片;
[0032]图5为对比例1制备的均质结构硬质合金的形貌组织图(a)和晶粒尺寸分布图(b);
[0033]图6为对比例2制备的双峰结构硬质合金微观显微组织形貌照片。
具体实施方式
[0034]本发明所提供的兼具高强度高韧性的核壳结构硬质合金的制备方法，包括以下步骤：
[0035](1)以粗WC粉末(5~15µm)、Co粉末为原料粉末，将粗WC粉末(5~15µm)、Co粉末按照一定的质量比进行混合球磨，无水乙醇为球磨介质，球磨介质与原料粉末的液固比为600~800mL/kg，硬质合金磨球与粉末的比例为1:1~3:1，球磨机转速为500~600r/min，球磨5~6h之后将溶于去离子水中的聚乙二醇成型剂添加到球磨罐中混合球磨0.5~1h，聚乙二醇占粉末的质量百分比为2~3%，无水乙醇与去离子水的比例为8:2~17:1;将球磨后的料浆在干燥箱中干燥8~10h;过50~200目筛网后得到粗晶WC-Co混合粉末，用作基体组织。
[0036](2)以细WC粉末(<1µm)、Co粉末、VC粉末、Cr3C2粉末为原料粉末。将细WC粉末(<1µm)、Co粉末、VC粉末、Cr3C2粉末按照一定的质量百分比置于球磨罐中进行球磨，其中VC粉末、Cr3C2粉末分别按照质量百分比含量0.2~0.8%、0.2~1%添加到原料粉末中，无水乙醇为球磨介质，球磨介质与原料粉末的液固比为600~800mL/kg，磨球与原料粉末的比例为1:1~3:1，球磨机转速为500~600r/min，球磨9~10h后将溶于去离子水的聚乙二醇成型剂加入到球磨罐中继续球磨≤1h，聚乙二醇的添加量为原料粉末的2~3%，无水乙醇与去离子水的比例≥8:2，将球磨后的料浆在干燥箱中干燥8~10h，过50~100目的筛网后得到细晶WC-Co混合粉末。
[0037](3)将细晶WC-Co混合粉末置于造粒筒(转速为80~120r/min)中利用粉末间的静电吸附作用使粉末团聚成WC-Co球形颗粒。
[0038](4)将步骤(3)得到的WC-Co球形颗粒进行粒径筛选：利用20~200目筛网对球形颗粒进行分级过筛，在75~850μm的目标粒径范围内，分离出多个不同粒径区间的球形颗粒组分，各组分分别用作对应粒径的核心组织。
[0039](5)将步骤(4)得到的WC-Co球形颗粒和步骤(1)得到的粗晶WC-Co混合粉末按照质量比≥8:2在造粒筒中混合得到核壳结构硬质合金粉末，混合时间为1~3h，转速为30~60r/min。
[0040](6)将步骤(5)得到的核-基包覆型混合粉末模压成型，压坯时的压力为8~15MPa，然后进行低压烧结，烧结温度为1410~1480℃，烧结压力为5~8MPa，保温时间为80~100min，随后随炉冷却至室温，得到最终的兼具高强度高韧性的核壳结构硬质合金。
[0041]本发明的核心技术原理如下：
[0042](1)传统均质硬质合金的断裂行为受控于单一组织的本征属性，细晶组织虽能通过细晶强化提升强度，但裂纹扩展路径直接，韧性不足;粗晶组织虽能通过裂纹桥接、分支等方式耗散能量而提升韧性，但强度偏低。本发明设计了核壳结构：以高硬度、高强度的细晶WC-Co球体(核心)作为承载主体，负责抵御变形与磨损;同时，以高韧性的粗晶WC-Co混合物(壳层/基体)作为连续相包裹这些核心。当裂纹从外部或核心内部萌生并扩展时，必然会遇到与基体物理性能显著差异的核心/基体界面。这种界面作为一种强大的能量屏障，迫使裂纹发生显著的偏转、绕行甚至止裂。裂纹扩展需要消耗额外的能量来克服界面阻力或改变路径，从而极大地提升了材料的断裂韧性。同时，细晶核心内部因其超细的晶粒尺寸和抑制剂(VC、Cr3C2)的添加，有效抑制了烧结过程中的晶粒过度长大，保持了自身的高硬度和高强度。这种软(韧)包硬(强)的仿生结构，实现了核心承担强度、基体贡献韧性的功能分区与协同强化。
[0043](2)实现上述设计的关键在于预先制备出结构完整、成分分明的复合粉末。本发明首先分别制备两种特性粉末：粗晶混合粉末(基体)和添加了抑制剂的细晶混合粉末。造粒步骤是将细晶粉末在特定转速的造粒筒中，利用粉末颗粒间的静电吸附作用，自发团聚成近似球形的颗粒。这种方法(相较于喷雾干燥)设备简单、成本低，且能更好地保持粉末的原始活性。随后，通过精确筛分获得粒径可控(75~850µm)的细晶球形颗粒作为种子。最后，在低速混合条件下，将这些球形“种子”与流动性的粗晶基体粉末混合。在此过程中，较粗的基体粉末通过物理吸附和机械镶嵌，均匀地包裹在球形核心表面，形成初步的“核-壳”粉末单元。这种预先构建的粉末结构，为后续烧结成形中保持理想的微观组织形貌奠定了基础。
[0044](3)为最大限度保留精心构建的核壳粉末结构，本发明摒弃了高剪切力的挤压成型，选用模压成型。相对温和的压制压力(8~15MPa)足以使复合粉末初步致密化，同时避免了核心颗粒被压碎或壳层包裹结构被严重破坏。随后的低压烧结是另一个关键。在较高的烧结温度(1410~1480℃)下，Co粘结相熔化形成液相，促进物质迁移和致密化。同时，施加的5~8MPa压力，一方面进一步驱除残余孔隙，实现全致密;另一方面，这种适中的压力足以保证致密化顺利进行，但又不会像热等静压那样产生强烈的塑性流动，从而有效抑制了核心球形结构的过度变形、溶解或与基体的成分均质化，使得核心与基体的成分与结构差异得以在最终产品中保留。保温阶段确保了Co相均匀分布，而多段冷却则减少了内应力，稳定了组织。
[0045](4)本发明通过调整核心的粒径(筛分不同区间)、核心与基体的比例(混合比例)、核心中抑制剂的种类与含量以及基体的晶粒尺寸与
钴含量，精确调控最终合金的强韧性匹配。例如，需要更高韧性时，可增加基体比例或使用更粗的基体粉末;需要更高强度时，则可提高核心比例、使用更细的核心粉末或优化抑制剂配方。这种多变量的可设计性，使得该技术能够针对切削刀具、冲击钻具、耐磨部件等不同应用场景，定制化开发最适配的硬质合金材料。
[0046]现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
[0047]应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
[0048]除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
[0049]在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
[0050]关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
[0051]需要指出的是，本发明未详细述及之处均为本领域的常规操作手段，且并非本发明重点。
[0052]实施例1
[0053]以8µm的WC粉末、Co粉末为原料粉末，按照WC粉末与Co粉末质量比为88:12进行混合球磨，无水乙醇为球磨介质，球磨介质与原料粉末的液固比为800mL/kg，磨球与粉末的比例为3:1，球磨机转速为560r/min，球磨5.5h后将溶于去离子水中的聚乙二醇成型剂添加到球磨罐中混合球磨0.5h，聚乙二醇占原料粉末的质量百分比为3%，无水乙醇与去离子水的比例为1:15，将球磨后的料浆在干燥箱中干燥10h后过100目的筛网得到粗晶WC-12Co混合粉末，用于核壳结构中的基体组织(matrix coarse，MC)。以0.8µm的WC粉末、Co粉末、VC粉末、Cr3C2粉末为原料粉末，将0.8µm的WC粉末、Co粉末、VC粉末、Cr3C2粉末按照Co质量百分比为12%的WC-12Co进行配比后置于球磨罐中进行球磨，其中VC粉末按照质量百分比含量0.25%添加到原料粉末中，Cr3C2粉末按照质量百分比含量0.86%添加到原料粉末，无水乙醇为球磨介质，球磨介质与原料粉末的液固比为800mL/kg，磨球与原料粉末的比例为3:1，球磨机转速为560r/min，球磨9h后将溶于去离子水的聚乙二醇成型剂添加到球磨罐中继续球磨1h，聚乙二醇的添加量为原料粉末的2%，无水乙醇与去离子水的比例为8:2，将球磨后的料浆在干燥箱中干燥10h，过50目筛网后得到细晶WC-12Co-0.25VC-0.86Cr3C2混合粉末。将细晶WC-12Co-0.25VC-0.86Cr3C2混合粉末在造粒筒中利用粉末间的静电吸附作用使粉末团聚成WC-12Co-0.25VC-0.86Cr3C2混合粉末球形颗粒(cell fine，CF)，转速为100r/min。利用100目和200目的筛网得到核心组织粒径在75~150µm的球形颗粒。将基体组织粗晶WC-12Co粉末和核心粒径为75~150µm的细晶WC-12Co-0.25VC-0.86Cr3C2球形颗粒按照质量比为1:9在造粒筒中混合2h后得到核壳结构硬质合金粉末，转速为30r/min。将核壳结构硬质合金粉末模压成型，压坯时压力为10MPa，然后进行低压烧结，烧结温度为1480℃，通入压力为5MPa的氩气气氛，保温时间为80min，随后随炉冷却至室温。最终得到的CF90-MC10-75~150(cellfine90-matrixcoarse10)核壳结构硬质合金的微观组织形貌见图1，其力学性能呈现出显著的韧性优势，具体为：断裂韧性15MPa·m1/2，断裂强度为3262MPa，见表1。
[0054]实施例2
[0055]以8µm的WC粉末、Co粉末为原料粉末，按照WC粉末与Co粉末质量比为88:12进行混合球磨，无水乙醇为球磨介质，球磨介质与原料粉末的液固比为800mL/kg，磨球与粉末的比例为3:1，球磨机转速为560r/min，球磨5.5h后将溶于去离子水中的聚乙二醇成型剂添加到球磨罐中混合球磨0.5h，聚乙二醇占原料粉末的质量百分比为3%，无水乙醇与去离子水的比例为1:15，将球磨后的料浆在干燥箱中干燥10h后过100目的筛网得到粗晶WC-12Co混合粉末，用于核壳结构中的基体组织(matrixcoarse，MC)。以0.8µm的WC粉末、Co粉末、VC粉末、Cr3C2粉末为原料粉末，将0.8µmWC粉末、Co粉末、VC粉末、Cr3C2粉末按照Co质量百分比为12%的WC-12Co进行配比后置于球磨罐中进行球磨，其中VC粉末按照质量百分比含量0.25%添加到原料粉末中，Cr3C2粉末按照质量百分比含量0.86%添加到原料粉末，无水乙醇为球磨介质，球磨介质与原料粉末的液固比为800mL/kg，磨球与原料粉末的比例为3:1，球磨机转速为560r/min，球磨9h后将溶于去离子水的聚乙二醇成型剂添加到球磨罐中继续球磨1h，聚乙二醇的添加量为原料粉末的2%，无水乙醇与去离子水的比例为8:2，将球磨后的料浆在干燥箱中干燥10h，过50目筛网后得到细晶WC-12Co-0.25VC-0.86Cr3C2混合粉末。将细晶WC-12Co-0.25VC-0.86Cr3C2混合粉末在造粒筒中利用粉末间的静电吸附作用使粉末团聚成WC-12Co-0.25VC-0.86Cr3C2混合粉末球形颗粒(cellfine，CF)，转速为100r/min。利用50目和100目的筛网得到核心组织粒径在150~300µm的球形颗粒。将基体组织粗晶WC-12Co粉末和核心粒径为150~300µm的细晶WC-12Co-0.25VC-0.86Cr3C2球形颗粒按照质量比为1:9在造粒筒中混合2h后得到核壳结构硬质合金粉末，转速为40r/min。将核壳结构硬质合金粉末模压成型，压坯时压力为10MPa，然后进行低压烧结，烧结温度为1480℃，通入压力为5MPa的氩气气氛，保温时间为80min，随后随炉冷却至室温。最终得到的CF90-MC10-150~300(cellfine90-matrixcoarse10)核壳结构硬质合金的微观组织形貌见图2，其力学性能为：断裂韧性13.7MPa·m1/2，断裂强度为3430MPa，见表1。
[0056]实施例3
[0057]以8µm的WC粉末、Co粉末为原料粉末，按照WC粉末与Co粉末质量比为88:12进行混合球磨，无水乙醇为球磨介质，球磨介质与原料粉末的液固比为800mL/kg，磨球与粉末的比例为3:1，球磨机转速为560r/min，球磨5.5h后将溶于去离子水中的聚乙二醇成型剂添加到球磨罐中混合球磨0.5h，聚乙二醇占原料粉末的质量百分比为3%，无水乙醇与去离子水的比例为1:15，将球磨后的料浆在干燥箱中干燥10h后过100目的筛网得到粗晶WC-12Co混合粉末，用于核壳结构中的基体组织(matrixcoarse，MC)。以0.8µm的WC粉末、Co粉末、VC粉末、Cr3C2粉末为原料粉末，将0.8µmWC粉末、Co粉末、VC粉末、Cr3C2粉末按照Co质量百分比为12%的WC-12Co进行配比后置于球磨罐中进行球磨，其中VC粉末按照质量百分比含量0.25%添加到原料粉末中，Cr3C2粉末按照质量百分比含量0.86%添加到原料粉末，无水乙醇为球磨介质，球磨介质与原料粉末的液固比为800mL/kg，磨球与原料粉末的比例为3:1，球磨机转速为560r/min，球磨9h后将溶于去离子水的聚乙二醇成型剂添加到球磨罐中继续球磨1h，聚乙二醇的添加量为原料粉末的2%，无水乙醇与去离子水的比例为8:2，将球磨后的料浆在干燥箱中干燥10h，过50目筛网后得到细晶WC-12Co-0.25VC-0.86Cr3C2混合粉末。将细晶WC-12Co-0.25VC-0.86Cr3C2混合粉末在造粒筒中利用粉末间的静电吸附作用使粉末团聚成WC-12Co-0.25VC-0.86Cr3C2混合粉末球形颗粒(cellfine，CF)，转速为100r/min。利用50目和20目的筛网得到核心组织粒径在300~850µm的球形颗粒。将基体组织粗晶WC-12Co粉末和核心粒径为300~850µm的细晶WC-12Co-0.25VC-0.86Cr3C2球形颗粒按照质量比为0.5:9.5在造粒筒中混合2h后得到核壳结构硬质合金粉末，转速为50r/min。将核壳结构硬质合金粉末模压成型，然后进行低压烧结，烧结温度为1480℃，通入压力为5MPa的氩气气氛，保温时间为80min，随后随炉冷却至室温。最终得到的CF95-MC5-300~850(cellfine95-matrixcoarse5)核壳结构硬质合金的微观组织形貌见图3，其力学性能较传统均质结构实现提升，具体为：断裂韧性13.4MPa·m1/2，断裂强度为3654MPa，见表1。
[0058]实施例4
[0059]以8µm的WC粉末、Co粉末为原料粉末，按照WC粉末与Co粉末质量比为88:12进行混合球磨，无水乙醇为球磨介质，球磨介质与原料粉末的液固比为800mL/kg，磨球与粉末的比例为3:1，球磨机转速为560r/min，球磨5.5h后将溶于去离子水中的聚乙二醇成型剂添加到球磨罐中混合球磨0.5h，聚乙二醇占原料粉末的质量百分比为3%，无水乙醇与去离子水的比例为1:15，将球磨后的料浆在干燥箱中干燥10h后过100目的筛网得到粗晶WC-12Co混合粉末，用于核壳结构中的基体组织(matrixcoarse，MC)。以0.8µm的WC粉末、Co粉末、VC粉末、Cr3C2粉末为原料粉末，将0.8µm的WC粉末、Co粉末、VC粉末、Cr3C2粉末按照Co质量百分比为12%的WC-12Co进行配比后置于球磨罐中进行球磨，其中VC粉末按照质量百分比含量0.25%添加到原料粉末中，Cr3C2粉末按照质量百分比含量0.86%添加到原料粉末，无水乙醇为球磨介质，球磨介质与原料粉末的液固比为800ml/kg，磨球与原料粉末的比例为3:1，球磨机转速为560r/min，球磨9h后将溶于去离子水的聚乙二醇成型剂添加到球磨罐中继续球磨1h，聚乙二醇的添加量为原料粉末的2%，无水乙醇与去离子水的比例为8:2，将球磨后的料浆在干燥箱中干燥10h，过50目筛网后得到细晶WC-12Co-0.25VC-0.86Cr3C2混合粉末。将细晶WC-12Co-0.25VC-0.86Cr3C2混合粉末在造粒筒中利用粉末间的静电吸附作用使粉末团聚成WC-12Co-0.25VC-0.86Cr3C2混合粉末球形颗粒(cellfine，CF)，转速为100r/min。利用100目和200目的筛网得到核心组织粒径在75~150µm的球形颗粒。将基体组织粗晶WC-12Co粉末和核心粒径为75~150µm的细晶WC-12Co-0.25VC-0.86Cr3C2球形颗粒按照质量比为0.5:9.5在造粒筒中混合2h后得到核壳结构硬质合金粉末，转速为30r/min。将核壳结构硬质合金粉末模压成型，压坯时压力为10MPa，然后进行低压烧结，烧结温度为1480℃，通入压力为5MPa的氩气气氛，保温时间为80min，随后随炉冷却至室温。最终得到的CF95-MC5-75~150(cellfine95-matrixcoarse5)核壳结构硬质合金的微观组织形貌见图4，其力学性能优异，具体为：断裂韧性14MPa·m1/2，断裂强度为3901MPa，见表1。
[0060]对比例1
[0061]以0.8µm的WC粉末、Co粉末、VC粉末、Cr3C2粉末为原料粉末，将0.8µm的WC粉末、Co粉末、VC粉末、Cr3C2粉末按照Co质量百分比为12%的WC-12Co进行配比后置于球磨罐中进行球磨，其中VC粉末按照质量百分比含量0.25%添加到原料粉末中，Cr3C2粉末按照质量百分比含量0.86%添加到原料粉末，无水乙醇为球磨介质，球磨介质与原料粉末的液固比为800mL/kg，磨球与原料粉末的比例为3:1，球磨机转速为560r/min，球磨9h后将溶于去离子水的聚乙二醇成型剂添加到球磨罐中继续球磨1h，聚乙二醇的添加量为原料粉末的2%，无水乙醇与去离子水的比例为8:2，将球磨后的料浆在干燥箱中干燥10h，过50目筛网后得到细晶WC-12Co-0.25VC-0.86Cr3C2混合粉末。随后在造粒筒中对其粉末进行团粒，使其具有一定的粉末流动性。将细晶WC-12Co-0.25VC-0.86Cr3C2混合粉末模压成型，然后进行低压烧结，烧结温度为1480℃，通入压力为5MPa的氩气气氛，保温时间为80min，随后随炉冷却至室温。最终得到的均质结构WC-12Co硬质合金的微观组织形貌见图5，其力学性能为：断裂韧性11.6MPa·m1/2，断裂强度为3558MPa，见表1。其断裂韧性和断裂强度均显著低于实施例3、实施例4，无法兼顾强韧性需求。
[0062]对比例2
[0063]以0.8µm的WC粉末、Co粉末、VC粉末、Cr3C2粉末为原料粉末，将0.8µm的WC粉末、Co粉末、VC粉末、Cr3C2粉末按照Co质量百分比为12%的WC-12Co进行配比后置于球磨罐中进行球磨，其中VC粉末按照质量百分比含量0.25%添加到原料粉末中，Cr3C2粉末按照质量百分比含量0.86%添加到原料粉末，无水乙醇为研磨介质，研磨介质与原料粉末的液固比为800mL/kg，磨球与原料粉末的比例为3:1，球磨机转速为560r/min，球磨4h后将8µm的WC粉末和Co粉末按照质量比为88:12加入到球磨罐中继续球磨5h，最后1h将溶于去离子水的聚乙二醇成型剂添加到球磨罐中，聚乙二醇的添加量为原料粉末的2.05%，无水乙醇与去离子水的比例为16:5，将球磨后的料浆在干燥箱中干燥10h，过50目筛网后得到具有双峰结构的WC-12Co混合粉末。随后在造粒筒中对其粉末进行团粒，使其具有一定的粉末流动性。将双峰结构的WC-12Co混合粉末模压成型，然后进行低压烧结，烧结温度为1480℃，通入压力为5MPa的氩气气氛，保温时间为80min，随后随炉冷却至室温。最终得到的双峰结构WC-12Co硬质合金的微观组织形貌见图6，其力学性能为：断裂韧性12.6MPa·m1/2，断裂强度为3279MPa，见表1。其断裂韧性和断裂强度均显著低于实施例2、实施例3和实施例4，无法兼顾强韧性需求。
[0064]表1各实施例和对比例中制备的WC-12Co硬质合金的力学性能
[0065]
试样断裂韧性(MPa·m1/2)断裂强度(MPa)实施例1153262实施例213.73430实施例313.43654实施例4143901对比例111.63558对比例212.63279
[0066]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0067]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
说明书附图(6)
声明：
“兼具高强度高韧性的核壳结构硬质合金的制备方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
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编辑：北方有色网
来源：北京工业大学
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