含钌硬质合金的制备方法

摘要

本发明涉及含钌硬质合金的制备方法,采用含0.01～1％钌金属量的水溶性钌盐，以去离子水作为研磨介质，加入0.1～3％PEG为成型剂，加入0.01～0.5％聚丙烯酰胺作为超细WC、Co粉抗氧化剂，球磨制得混合均匀的料浆，料浆经干燥后钌盐均匀结晶析出在混合料中，混合料制粒后压制成所需的产品形状，压坯在低压烧结炉中加热脱除成型剂和对钌盐进行加热分解，利用合金中的C在300～1200℃下对钌进行原位还原，得到化学活性高、在合金中原子级均匀分布的含钌硬质合金坯体，继续升温加氩气，得到组织均匀的致密含钌硬质合金。运用原位还原法得到金属钌原子级均匀分布的硬质合金，提高贵重金属钌的利用率，提高使用寿命。

权利要求

1.含钌硬质合金的制备方法，其特征在于：采用含0.01～1%钌金属量的水溶性钌盐，超细WC粉为0.2～0.5μm，含量为85～95%，超细钴粉为0.6～0.8μm，含量为5～15%，VC为0.8～

1.0μm，含量为0.1～0.4%，Cr3C2为0.8～1.0μm，含量为0.3～0.8%，以去离子水作为研磨介质，加入0.1～3%PEG为成型剂，加入0.01～0.5%聚丙烯酰胺作为超细WC、Co粉抗氧化剂，球磨制得混合均匀的料浆，料浆经干燥后钌盐均匀结晶析出在混合料中，混合料制粒后压制成所需的产品形状，压坯在烧结炉中加热脱除成型剂和对钌盐进行加热分解，利用合金中的C在300～1200℃下对钌进行原位还原，从而得到化学活性高、在合金中原子级均匀分布的含钌硬质合金坯体，继续升温加氩气，得到组织均匀的致密含钌硬质合金。

2.根据权利要求1所述的含钌硬质合金的制备方法，其特征在于：所述水溶性钌盐为氯化钌、硝酸钌、醋酸钌或氯化六铵合钌。

3.根据权利要求1所述的含钌硬质合金的制备方法，其特征在于：以去离子水作为研磨介质，液料比为200～450ml/Kg，球料比为3～6：1。

4.根据权利要求1所述的含钌硬质合金的制备方法，其特征在于：所述PEG的分子量为

1000～6000。

5.根据权利要求1所述的含钌硬质合金的制备方法，其特征在于：升温加氩气至1400℃。

说明书

含钌硬质合金的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种超细硬质合金的制备方法，尤其涉及含钌硬质合金的制备方法，制备的合金应用于制作金属材料切削刀具。

背景技术

[0002] 镍基合金、钛合金由于具有良好的力学性能、比强度高、高温及低温性能优良、抗腐蚀性能优异等突出特点，在航空航天、船舶、石油化工、汽车、生物医学等领域中广泛使
用。但此类合金切屑变形系数小、冷硬现象严重、切削温度高，属于典型难加工材料。

[0003] 使用超细晶粒硬质合金加工镍基合金、钛合金虽然比传统的细颗粒硬质合金寿命有了很大的提高，超细晶粒硬质合金虽然硬度高，韧性则相对较低了，在刀具切削过程中容
易产生崩刃，从而降低刀具寿命和工件表面加工质量。

发明内容

[0004] 本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种含钌硬质合金的制备方法。

[0005] 本发明的目的通过以下技术方案来实现：

[0006] 含钌硬质合金的制备方法，特点是：采用含0.01～1％钌金属量的水溶性钌盐，以去离子水作为研磨介质，加入0.1～3％PEG为成型剂，加入0.01～0.5％聚丙烯酰胺作为超
细WC、Co粉抗氧化剂，球磨制得混合均匀的料浆，料浆经干燥后钌盐均匀结晶析出在混合料
中，混合料制粒后压制成所需的产品形状，压坯在烧结炉中加热脱除成型剂和对钌盐进行
加热分解，利用合金中的C在300～1200℃下对钌进行原位还原，从而得到化学活性高、在合
金中原子级均匀分布的含钌硬质合金坯体，继续升温加氩气，得到组织均匀的致密含钌硬
质合金。

[0007] 进一步地，上述的含钌硬质合金的制备方法，其中，所述水溶性钌盐为氯化钌、硝酸钌、醋酸钌或氯化六铵合钌。

[0008] 进一步地，上述的含钌硬质合金的制备方法，其中，以去离子水作为研磨介质，液料比为200～450ml/Kg，球料比为3～6：1。

[0009] 进一步地，上述的含钌硬质合金的制备方法，其中，所述PEG的分子量为1000～6000。

[0010] 进一步地，上述的含钌硬质合金的制备方法，其中，升温加氩气至1400℃。

[0011] 进一步地，上述的含钌硬质合金的制备方法，其中，超细WC粉为0.2～0.5μm，含量为85～95％，超细钴粉为0.6～0.8μm，含量为5～15％，VC为0.8～1.0μm，含量为0.1～
0.4％，Cr3C2为0.8～1.0μm，含量为0.3～0.8％，采用含0.01～1％钌金属量的水溶性钌盐，
以去离子水作为研磨介质，液料比为200～450ml/Kg，球料比为3～6：1，加入0.1～3％PEG为
成型剂，加入0.01～0.5％聚丙烯酰胺作为超细WC、Co粉抗氧化剂，球磨制得混合均匀的料
浆。

[0012] 本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

[0013] 本发明提供一种增韧型超细硬质合金的制备方法，通过抑制fcc向hcp结构转变，从而在常温下保留较多的fcc结构钴来提高合金的韧性。本发明方法可以在不延长球磨时
间的情况下，运用原位还原法得到金属钌原子级均匀分布的硬质合金，提高了贵重金属钌
的利用率，与传统的钌粉球磨方法相比，减少了钌的使用量，并大幅提高了硬质合金的使用
寿命。本方法制得的含钌合金刀具与传统含钌合金刀具相比，在达到临界磨损值前，其连续
切削长度可提高50～100％。

具体实施方式

[0014] 因钴的相变温度为427℃，此温度点以下为稳定存在密排六方晶系(hcp)，此温度点以上为稳定存在面心立方晶系(fcc)，fcc晶系比hcp晶系具有更多的滑移线，因而面心立
方Co韧性更好。本发明提供一种增韧型超细硬质合金的制备方法，通过抑制fcc向hcp结构
转变，从而在常温下保留较多的fcc结构钴来提高合金的韧性。

[0015] 在钴粘结金属中添加少量钌可在高温下稳定钴的fcc结构，在保持合金硬度不变的情况下大幅提高合金的韧性。目前含钌硬质合金的制造方法为常规的粉末冶金方法，即
在WC、Co粉中加入一定量的钌粉，通过球磨方式混合均匀。金属钌粉的生产方法为煅烧分
解、还原制粉、破碎分级，此法生产的钌粉颗粒粗，纯度较低。含钌超细硬质合金粉料混合不
易均匀，且球磨时间长，存在超细混合料质量不易控制的缺点。

[0016] 本发明克服含钌硬质合金生产的缺点，提高钌在Co相中的分散均匀性，采用含0.01～1％钌金属量的水溶性钌盐(氯化钌、硝酸钌、醋酸钌、氯化六铵合钌)，以去离子水作
为研磨介质，液料比为200～450ml/Kg，球料比为3～6：1，加入0.1～3％PEG(聚乙二醇，分子
量为1000～6000)为成型剂，加入0.01～0.5％聚丙烯酰胺作为超细WC、Co粉抗氧化剂，球磨
制得混合均匀的料浆，料浆经干燥后钌盐均匀结晶析出在混合料中，混合料制粒后压制成
所需的产品形状，压坯在低压烧结炉中加热脱除成型剂和对钌盐进行加热分解，利用合金
中的C在300～1200℃下对钌进行原位还原，从而得到化学活性高、在合金中原子级均匀分
布的含钌硬质合金坯体，继续升温加氩气至1400℃，得到组织均匀的致密含钌硬质合金。

[0017] 实施例1

[0018] 超细WC粉为0.2μm，含量为90％，超细钴粉为0.6μm，含量为8％，VC为0.8μm，含量为0.4％，Cr3C2为0.8μm，含量为0.6％，采用含1％钌金属量的氯化六铵合钌，以去离子水作为
研磨介质，液料比为400ml/Kg，球料比为5：1再加入2％PEG(分子量为1000～6000)为成型
剂，另外加入0.1％聚丙烯酰胺作为防止超细粉料抗氧化剂，球磨制得混合均匀的料浆，料
浆经干燥后钌盐均匀结晶析出在混合料中，混合料制粒后压制成所需的产品形状，压坯在
低压烧结炉中加热脱除成型剂和对钌盐进行加热分解，利用合金中的C在300℃下对钌进行
原位还原，从而得到化学活性高、在合金中原子级均匀分布的含钌硬质合金坯体，继续升温
加氩气至1400℃，得到组织均匀的致密含钌硬质合金。所得到的含钌超细硬质合金断裂韧
性提高30％，刀具与传统含钌合金刀具相比，在达到临界磨损值前，其连续切削长度提高
50％。

[0019] 实施例2

[0020] 超细WC粉为0.5μm，含量为86.2％，超细钴粉为1.0μm，含量为12％，VC为1.0μm，含量为0.3％，Cr3C2为1.0μm，含量为1.0％，采用含0.5％钌金属量的硝酸钌，以去离子水作为
研磨介质，液料比为450ml/Kg，球料比为6：1再加入2.5％PEG(分子量为1000～6000)为成型
剂，另外加入0.05％聚丙烯酰胺作为防止超细粉料抗氧化剂，球磨制得混合均匀的料浆，料
浆经干燥后钌盐均匀结晶析出在混合料中，混合料制粒后压制成所需的产品形状，压坯在
低压烧结炉中加热脱除成型剂和对钌盐进行加热分解，利用合金中的C在400℃下对钌进行
原位还原，从而得到化学活性高、在合金中原子级均匀分布的含钌硬质合金坯体，继续升温
加氩气至1400℃，得到组织均匀的致密含钌硬质合金。所得到的含钌超细硬质合金断裂韧
性提高20％，刀具与传统含钌合金刀具相比，在达到临界磨损值前，其连续切削长度提高
30％。

[0021] 实施例3

[0022] 超细WC粉为0.4μm，含量为89.2％，超细钴粉为0.9μm，含量为9％，VC为0.9μm，含量为0.3％，Cr3C2为0.9μm，含量为0.3％，采用含0.2％钌金属量的醋酸钌，以去离子水作为研
磨介质，液料比为300ml/Kg，球料比为4：1再加入2％PEG(分子量为1000～6000)为成型剂，
另外加入0.01％聚丙烯酰胺作为防止超细粉料抗氧化剂，球磨制得混合均匀的料浆，料浆
经干燥后钌盐均匀结晶析出在混合料中，混合料制粒后压制成所需的产品形状，压坯在低
压烧结炉中加热脱除成型剂和对钌盐进行加热分解，利用合金中的C在1000℃下对钌进行
原位还原，从而得到化学活性高、在合金中原子级均匀分布的含钌硬质合金坯体，继续升温
加氩气至1400℃，得到组织均匀的致密含钌硬质合金。所得到的含钌超细硬质合金断裂韧
性提高15％，刀具与传统含钌合金刀具相比，在达到临界磨损值前，其连续切削长度提高
25％。

[0023] 实施例4

[0024] 超细WC粉为0.3μm，含量为886.4％，超细钴粉为0.8μm，含量为15％，VC为0.9μm，含量为0.2％，Cr3C2为0.9μm，含量为0.8％，采用含0.8％钌金属量的氯化钌，以去离子水作为
研磨介质，液料比为400ml/Kg，球料比为3：1再加入3％PEG(分子量为1000～6000)为成型
剂，另外加入1％聚丙烯酰胺作为防止超细粉料抗氧化剂，球磨制得混合均匀的料浆，料浆
经干燥后钌盐均匀结晶析出在混合料中，混合料制粒后压制成所需的产品形状，压坯在低
压烧结炉中加热脱除成型剂和对钌盐进行加热分解，利用合金中的C在500℃下对钌进行原
位还原，从而得到化学活性高、在合金中原子级均匀分布的含钌硬质合金坯体，继续升温加
氩气至1400℃，得到组织均匀的致密含钌硬质合金。所得到的含钌超细硬质合金断裂韧性
提高25％，刀具与传统含钌合金刀具相比，在达到临界磨损值前，其连续切削长度提高
50％。

[0025] 综上所述，本发明方法可以在不延长球磨时间的情况下，运用原位还原法得到金属钌原子级均匀分布的硬质合金，提高了贵重金属钌的利用率，与传统的钌粉球磨方法相
比，减少了钌的使用量，并大幅提高了硬质合金的使用寿命。在实验室条件下本方法制备的
含钌硬质合金铣刀与传统方法制备的含钌硬质合金进行的耐磨性和韧性试验结果表明，本
方法制得的含钌合金刀具与传统含钌合金刀具相比，在达到临界磨损值前，其连续切削长
度可提高50～100％。

[0026] 需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润
饰也应视为本发明的保护范围。