一种高性能硬质合金材料、涂层微孔拉丝模及其制备方法与流程

1.本发明涉及微孔拉丝模技术领域，具体涉及一种高性能硬质合金材料、涂层微孔拉丝模及其制备方法。


背景技术：

2.传统的无涂层微孔拉丝模具有不耐磨的弱点，虽然后续研发出了金刚石涂层微孔拉丝模，但是其仍然存在成品率底下的痛点；而由于硬质合金存在硬度与韧性不能同时提高的瓶颈，难以较好的应用在微孔拉丝模上。
3.基于此，本发明设计了一种高性能硬质合金材料、涂层微孔拉丝模及其制备方法以解决上述问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种高性能硬质合金材料、涂层微孔拉丝模及其制备方法。
5.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
6.一种高性能硬质合金材料，包括wc-tic-co硬质合金，所述wc-tic-co硬质合金包括以下质量百分比的原料：wc 92.7-93.3％、co 5.9-6.2％、tic 0.5-1.4％；平均晶粒度介于1-3μm。
7.本发明还提供了一种含有所述的高性能硬质合金材料的涂层微孔拉丝模，包括微孔拉丝模，以及附着在微孔拉丝模表面上的wc-tic-co硬质合金层；
8.所述wc-tic-co硬质合金层包括表层和位于微孔拉丝模与表层之间的过渡层；
9.表层为贫co，富ti(c，n)相与tic相；
10.过渡层包括粗大的wc晶粒，内部为均匀细小的wc晶粒与粘结相。
11.本发明还提供了一种涂层微孔拉丝模的制备方法，包括以下步骤：
12.一、采用粉末冶金法制取wc-tic-co硬质合金体；
13.二、采取渗氮气氛烧结方法，使得wc-tic-co硬质合金体形成wc-tic-co硬质合金层；
14.三、将wc-tic-co硬质合金层形成在微孔拉丝模表面。
15.更进一步的，步骤一的具体步骤包括：
16.a、配料
17.称取原料，经球磨、干燥后形成混合料；
18.b、压制成型
19.根据产品类型选择模具，将混合料压制成压坯；
20.c、烧结成型
21.将压坯通过烧结致密化形成毛坯；
22.d、深加工
23.通过深加工，去除余量、改善毛坯表面质量。
24.更进一步的，步骤二具体包括：在气氛烧结炉内通入氮气并达到一定的压力，使n原子跟wc-tic-co硬质合金体表面的ti及tic发生反应，从而通过毛细管机制驱动内部的ti、c原子向表层迁移，再在液相压力差驱动迁移机制下促使表层co原子向内部迁移，形成表层贫co富ti(c，n)立方相的功能梯度合金。
25.更进一步的，表层与过渡层的ti、c元素非均匀分布，形成表层贫co、富ti(c，n)相与tic相，过渡层为粗大的wc晶粒，内部为均匀细小的wc晶粒与粘结相。
26.更进一步的，步骤三中，形成温度控制在900～1100℃。
27.更进一步的，步骤三中，wc-tic-co硬质合金层的涂层厚度控制在5～10mm。
28.有益效果
29.本发明通过在微孔拉丝模表面形成wc-tic-co硬质合金层，既克服了无涂层微孔拉丝模的不耐磨的弱点，又可完美解决了金刚石涂层拉丝模成品率底下的痛点，填补行业空白；
30.本发明突破了传统硬质合金硬度与韧性不能同时提高的瓶颈，通过采用wc-tic-co硬质合金层，可以将涂层微孔拉丝模的成品率提高到98％以上，且可保持较好的耐磨性，涂层微孔拉丝模产品可填补行业空白，又因性能达到进口产品的水准而价格仅为其一半，具有替代进口的巨大空间，对用户可有效降低使用成本。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明的涂层微孔拉丝模主体结构立体图一；
33.图2为本发明的涂层微孔拉丝模结构正视图；
34.图3为本发明的涂层微孔拉丝模结构左视图；
35.图4为沿着图3的a-a方向剖视图。
36.图中的标号分别代表：
37.1.微孔拉丝模；2.wc-tic-co硬质合金层；21.过渡层；22.表层。
具体实施方式
38.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
40.实施例1
41.本实施例提供了一种高性能硬质合金材料，包括wc-tic-co硬质合金，所述wc-tic-co硬质合金包括以下质量百分比的原料：wc 92.7％、co 6.2％、tic余量；平均晶粒度1
μm。
42.实施例2
43.本实施例提供了一种高性能硬质合金材料，包括wc-tic-co硬质合金，所述wc-tic-co硬质合金包括以下质量百分比的原料：wc 93.3％、co 5.9％、tic余量；平均晶粒度3μm。
44.实施例3
45.本实施例提供了一种高性能硬质合金材料，包括wc-tic-co硬质合金，所述wc-tic-co硬质合金包括以下质量百分比的原料：wc 93.8％、co 6.1％、tic余量；平均晶粒度2μm。
46.实施例4
47.本实施例提供了一种高性能硬质合金材料，包括wc-tic-co硬质合金，所述wc-tic-co硬质合金包括以下质量百分比的原料：wc 93％、co 6.2％、tic0.8％；平均晶粒度1.5μm。
48.实施例5
49.请参阅附图1-4，本实施例提供了一种含有所述的高性能硬质合金材料的涂层微孔拉丝模，包括微孔拉丝模1，以及附着在微孔拉丝模1表面上的wc-tic-co硬质合金层2；
50.所述wc-tic-co硬质合金层2包括表层22和位于微孔拉丝模1与表层22之间的过渡层21；
51.表层22为贫co，富ti(c，n)相与tic相；
52.过渡层21包括粗大的wc晶粒，内部为均匀细小的wc晶粒与粘结相。
53.对涂层微孔拉丝模进行性能检测，结果如下：
[0054][0055]
检测项目孔隙度晶粒度结果a00b00c00《2.0μm
[0056]
实施例6
[0057]
本实施例提供了一种涂层微孔拉丝模的制备方法，包括以下步骤：
[0058]
一、采用粉末冶金法制取wc-tic-co硬质合金体；
[0059]
具体步骤包括：
[0060]
a、配料
[0061]
称取原料，经球磨、干燥后形成混合料；
[0062]
b、压制成型
[0063]
根据产品类型选择模具，将混合料压制成压坯；
[0064]
c、烧结成型
[0065]
将压坯通过烧结致密化形成毛坯；
[0066]
d、深加工
[0067]
通过深加工，去除余量、改善毛坯表面质量；
[0068]
二、采取渗氮气氛烧结方法，使得wc-tic-co硬质合金体形成wc-tic-co硬质合金层2；
[0069]
具体包括以下步骤：
[0070]
a、在气氛烧结炉内通入氮气并达到一定的压力，使n原子跟烧结体(wc-tic-co硬质合金体)表面的ti及tic发生反应，从而通过毛细管机制驱动内部的ti、c原子向表层迁移，再在液相压力差驱动迁移机制下促使表层co原子向内部迁移，形成表层贫co富ti(c，n)立方相的功能梯度合金，氮气压力越大，n原子活性越强，可获得表层贫co富ti(c，n)立方相的厚度越厚；
[0071]
通过调整气氛压力，可针对不同用途制取不同耐磨厚度层的梯度硬质合金，再通过计算烧结变形控制，获得所需的成品形状及尺寸；
[0072]
渗氮气氛烧结方法结合了渗氮烧结技术与气氛烧结技术，其中，气氛烧结技术原理为：
[0073]
毛细管力驱动机理：由于试样两侧co相的平均自由程(mfp)有所差异，致使在试样内部形成了不同直径的通道，液相烧结时产生了毛细管力，在毛细管力的作用下，液相co不断地从mfp较大的一侧向较小的一侧迁移，从而在硬质合金内形成了co相梯度；
[0074]
液相迁移压力差机制：由于固-固(即wc-wc)界面和固-液(即wc-液相co)界面间存在界面能差异，界面能有自发降低的趋势，因此，co相迁移的驱动力可归因于体系总界面的变化。在液相迁移发生之前，体系有着较大的固-固接触面积和较小的固-液界面，总的界面能较高。因此，向内的液相迁移压(pm)in高于向外的液相迁移压(pm)out，迁移压之差将驱动液相co向内迁移。随着液相迁移的进行，合金内的液相体积分数不断增大，wc晶粒的位置发生了旋转、重排，使得固-液接触面积不断增大，总的界面能随之降低，向内的液相迁移压也不断降低。当内外迁移压之差为0时，液相迁移便停止；
[0075]
综上所述，通过在毛细管力的作用、物质状态变化引起体积变化，产生压力差及液相压力差，迁移驱动机制下引导co原子发生迁移，在硬质合金内形成了co相梯度，从而通过使粘结相含量沿一个方向递增或递减可赋予合金不同部位以不同的性能，使材料呈现表层硬度高、耐磨，内部韧性高、耐冲击，有效解决了硬质合金硬度跟韧性相互矛盾、无法共同提升的问题；
[0076]
渗氮烧结技术原理为：
[0077]
采用wc-tic-co成份体系，通过渗氮气氛，在高温液相烧结过程中由烧结气氛提供的活性n原子与合金表面的ti原子(包括tic及液相co中的ti)发生化学反应，驱动过渡层中的ti、c原子由内向外迁移，与n原子反应生成ti(c，n)；由于化学反应的进行，表层液相co中的ti、c含量降低，从而引发过渡层区域的ti、c原子通过液相co快速迁移到表层，造成了表层与过渡层ti、c等元素的非均匀分布，形成表层贫co而富ti(c，n)相与tic相等立方相，过渡层为粗大的wc晶粒且tic含量相对较低，内部为均匀细小的wc晶粒与粘结相；
[0078]
渗氮烧结技术，将渗氮气氛跟烧结过程相结合，实现了表面渗氮的工艺，同时赋予了气氛烧结工艺新的功能，真空气氛烧结可促进wc-tic-co硬质合金芯部wc晶粒的长大，而高压渗氮气氛烧结则使合金芯部得到较小的wc晶粒度，更加提高了合金材料耐磨性、强度、耐腐蚀性以及韧性等优异性能；
[0079]
三、将wc-tic-co硬质合金层2形成在微孔拉丝模1表面；
[0080]
优选的，形成温度控制在900～1100℃，wc-tic-co硬质合金层2的涂层厚度控制在5～10mm；
[0081]
本发明通过在微孔拉丝模1表面形成wc-tic-co硬质合金层2，既克服了无涂层微孔拉丝模的不耐磨的弱点，又可完美解决了金刚石涂层拉丝模成品率底下的痛点，填补行业空白；
[0082]
本发明突破了传统硬质合金硬度与韧性不能同时提高的瓶颈，通过采用wc-tic-co硬质合金层2，可以将涂层微孔拉丝模的成品率提高到98％以上，且可保持较好的耐磨性，涂层微孔拉丝模产品可填补行业空白，又因性能达到进口产品的水准而价格仅为其一半，具有替代进口的巨大空间，对用户可有效降低使用成本。
[0083]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种高性能硬质合金材料，其特征在于，包括wc-tic-co硬质合金，所述wc-tic-co硬质合金包括以下质量百分比的原料：wc 92.7-93.3％、co 5.9-6.2％、tic 0.5-1.4％；平均晶粒度介于1-3μm。2.一种含有权利要求1所述的高性能硬质合金材料的涂层微孔拉丝模，其特征在于，包括微孔拉丝模(1)，以及附着在微孔拉丝模(1)表面上的wc-tic-co硬质合金层(2)；所述wc-tic-co硬质合金层(2)包括表层(22)和位于微孔拉丝模(1)与表层(22)之间的过渡层(21)；表层(22)为贫co，富ti(c，n)相与tic相。3.一种根据权利要求2所述的涂层微孔拉丝模的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：一、采用粉末冶金法制取wc-tic-co硬质合金体；二、采取渗氮气氛烧结方法，使得wc-tic-co硬质合金体形成wc-tic-co硬质合金层(2)；三、将wc-tic-co硬质合金层(2)形成在微孔拉丝模(1)表面。4.根据权利要求3所述的涂层微孔拉丝模的制备方法，其特征在于，步骤一的具体步骤包括：a、配料称取原料，经球磨、干燥后形成混合料；b、压制成型根据产品类型选择模具，将混合料压制成压坯；c、烧结成型将压坯通过烧结致密化形成毛坯；d、深加工通过深加工，去除余量、改善毛坯表面质量。5.根据权利要求3所述的涂层微孔拉丝模的制备方法，其特征在于，步骤二具体包括：在气氛烧结炉内通入氮气并达到一定的压力，使n原子跟wc-tic-co硬质合金体表面的ti及tic发生反应，从而通过毛细管机制驱动内部的ti、c原子向表层迁移，再在液相压力差驱动迁移机制下促使表层co原子向内部迁移，形成表层贫co富ti(c，n)立方相的功能梯度合金。6.根据权利要求3所述的涂层微孔拉丝模的制备方法，其特征在于，表层与过渡层的ti、c元素非均匀分布，形成表层贫co、富ti(c，n)相与tic相，过渡层为粗大的wc晶粒，内部为均匀细小的wc晶粒与粘结相。7.根据权利要求3所述的涂层微孔拉丝模的制备方法，其特征在于，步骤三中，形成温度控制在900～1100℃。8.根据权利要求7所述的涂层微孔拉丝模的制备方法，其特征在于，步骤三中，wc-tic-co硬质合金层(2)的涂层厚度控制在5～10mm。

技术总结
本发明公开了一种高性能硬质合金材料、涂层微孔拉丝模及其制备方法，属于微孔拉丝模技术领域，包括WC-TiC-Co硬质合金，所述WC-TiC-Co硬质合金包括以下质量百分比的原料：WC 92.7-93.3％、Co 5.9-6.2％、TiC 0.5-1.4％；平均晶粒度介于1-3μm。通过上述方式，本发明通过在微孔拉丝模表面形成WC-TiC-Co硬质合金层，既克服了无涂层微孔拉丝模的不耐磨的弱点，又可完美解决了金刚石涂层拉丝模成品率底下的痛点，填补行业空白；本发明突破了传统硬质合金硬度与韧性不能同时提高的瓶颈，可以将涂层微孔拉丝模的成品率提高到98％以上，且可保持较好的耐磨性。保持较好的耐磨性。保持较好的耐磨性。


技术研发人员：卢志红
受保护的技术使用者：安迪森（苏州）硬质合金有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/23