本发明属于硬质合金制造技术领域，特别涉及一种硬质合金粒度均匀性的控制方法。
背景技术：
按照国际标准《硬质合金显微组织金相测定：第2部分碳化钨晶粒尺寸的测量》规定，wc晶粒度为3.5-4.9μm、5.0-7.9μm、8.0-14μm的硬质合金分别为粗晶粒、超粗晶粒和特粗晶粒硬质合金。在co含量相同的条件下，与传统的中、粗颗粒硬质合金相比，超粗、特粗晶粒硬质合金具有极高的热导率，较高的断裂韧性与红硬性，较好的抗热疲劳与抗热冲击性能，主要用于极端工况条件下软岩的连续开采(如采煤、地铁建设)与现代化公路、桥梁的连续作业(如挖路、铺路)，也可用于对韧性与抗热疲劳、抗热冲击性能要求较高的冲压模、冷镦模、轧辊等。而亚微细晶硬质合金(晶粒度0.5-0.8μm)、超细硬质合金(晶粒度0.2-0.5μm)约占硬质合金世界总产量的40％，具有非常好的市场应用前景。但是，无论是中粗颗粒硬质合金还是亚微细晶粒硬质合金的制备，在传统粉末冶金工艺中，球磨过程会导致wc粉末颗粒破碎和粒径减小，形成超细、纳米粉体，而由于超细、纳米粉体具有非常高的烧结活性，即在硬质合金的固相烧结阶段容易出现明显的wc晶粒非连续生长(晶粒异常长大)现象，异常长大的wc晶粒是断裂源，将导致硬质合金在实际应用工况下失效。因此，无论是中粗颗粒硬质合金还是亚微细晶硬质合金，烧结过程中晶粒生长的有效抑制与合金制备工艺稳定性的控制具有一定难度。
目前有关硬质合金wc晶粒粒度均匀性控制，主要集中在生长抑制剂的选择与添加量的控制以及合金烧结工艺的优化。但是这些控制手段的引入不可避免的对合金性能带来一定的影响。例如，合金抑制剂的添加可以起到提高合金晶粒均匀性的效果，但是抑制剂元素的合金相界面的析出会恶化合金的韧性；同样，降低烧结温度也可以避免合金晶粒的异常长大，但是会导致合金烧结致密度的降低。因此有必要在不改变合金成分和烧结工艺的条件下，采取措施以改善硬质合金晶粒粒度分布的均匀性。
技术实现要素：
本发明的目的在于，在不改变硬质合金成分和烧结工艺的条件下，显著提高硬质合金晶粒粒度分布的均匀性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种硬质合金粒度均匀性的控制方法，所述硬质合金的制备过程包括将硬质相原料和粘结相原料进行混合的工序，湿磨、干燥、压制和烧结的工序，在所述混合之前，对所述硬质相原料进行预处理，分离、去除粒度≤0.5μm的粉末。所述预处理为消减所述硬质相原料的软团聚。
本发明发现硬质相粗细颗粒粒径差越大，它们的溶解度差就越大。细硬质相粉末溶解到粘结相粉(如钴)中，而粗硬质相粉的溶解受到抑制。粒度≤0.5μm的细粉主要来源于未结晶完全的硬质相晶粒，在湿磨破碎的过程中形成细粉，而这部分的细粉在硬质合金生产过程中会在粘结相粉(如钴)优先溶解。而经过预处理后，未被破碎的颗粒结晶度高，在后续的湿磨过程中不再容易被破碎，形成细粉末。
所述硬质合金为液相烧结的硬质合金，包括wc-co、wc-ni、wc-tic-co、wc-tac-co、wc-tac-vc-co、wc-cr3c2-co和wc-tic-zrc-co等。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明做进一步详细的说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件。
各实施例中提及的平均晶粒大小和粒度分布测定的定义如下：
平均晶粒大小：使用sem观察硬质合金抛光腐蚀后的表面形貌，采用截线法测定硬质合金的平均晶粒大小。
粒度分布：通过sem观察硬质合金常规抛光腐蚀后组织形貌，用imagej软件统计10000倍视场下随机拍摄的10张sem图片中wc粒度分布情况。(抛光腐蚀面晶粒度观察是行业通用做法)。
在推荐的实施方式中，所述预处理为对所述硬质相原料进行粉碎处理，得到预处理粉体。粒度≤0.5μm的细粉主要来源于未结晶完全的硬质相晶粒，在湿磨破碎的过程中形成细粉，而这部分的细粉在硬质合金生产过程中会在粘结相粉(如钴)优先溶解。而经过预处理后，未被破碎的颗粒结晶度高，在后续的球磨过程中不再容易被破碎，形成细粉末。
在推荐的实施方式中，所述所述分离、去除粒度≤0.5μm的粉末的方法包括倾析法、过滤法或离心分离法中的至少一种。
在推荐的实施方式中，所述粉碎处理包括振动、机械搅拌、气流磨或球磨中的至少一种。这么做是为了消减所述硬质相原料的软团聚。软团聚的硬质相颗粒在后续湿磨过程中会被进一步破碎成细粉，降低前述步骤中除细粉的效果。
在推荐的实施方式中，所述球磨以100mpa·s以下的低粘度流体为介质。
在推荐的实施方式中，所述球磨的介质为乙醇、丙酮、己烷或去离子水中的至少一种。
在推荐的实施方式中，所述分离为对包含所述介质的所述预处理粉体进行静置处理，形成上层悬浮液。
在推荐的实施方式中，所述静置处理的时间为20min-60min；所述上层悬浮液含有所述粒度≤0.5μm的粉末。
在推荐的实施方式中，对所述上层悬浮液进行过滤、干燥，得到所述粒度≤0.5μm的粉末。
在推荐的实施方式中，还包括测得所述粒度≤0.5μm的粉末的重量，计算所述硬质相原料的余量。实现与粘结相配料的准确性，从而进一步确保硬质合金粒度均匀性。
本发明中，对于振动、机械搅拌、气流磨或球磨过程没有特别地限定，可以根据本领域技术人员的目的而适当选择。例如，所述球磨可以低粘度流体为介质，球料比5:1(重量比)，固液比1:0.5(重量比)，球磨2h。
对于倾析法、过滤法或离心分离法的步骤没有特别地限定，可以根据本领域技术人员的目的而适当选择。
本发明中，对于混合、湿磨、干燥、压制和烧结的工序没有特别地限定，可以根据本领域技术人员的目的而适当选择。
本发明公布的数字范围包括这个范围的所有点值。
实施例一
(1)原料选取：
硬质相原料为费氏粒度4μm的wc粉末；粘结相为co。
(2)对硬质相原料进行预处理：对wc粉末进行球磨预处理，以乙醇为湿磨介质，球料比为4:1(重量比)，固液比为1:0.5(重量比)，球磨时间2h，得到预处理粉体。
(3)分离：将上述预处理粉体，按照1:1的固液比(液体介质为乙醇)，静置于不锈钢容器中，静置时间如表1所示，形成上层悬浮液。
(4)去除：取上层悬浮液，滤纸过滤悬浮液后，干燥滤纸，计算滤纸增重量，得到细颗粒wc粉末的重量，继而可以得到wc粉末的余量。
(5)将上述wc粉末的余量与co进行混合配料，经过湿磨、干燥、压制和烧结，得到wc-6wt％co硬质合金。
对比例一
(1)原料选取：
硬质相原料为费氏粒度4μm的wc粉末；粘结相为co。
(2)硬质合金制备：将上述wc粉末与co进行混合配料，经过湿磨、干燥、压制和烧结，得到wc-6wt％co硬质合金。
将实施例一和对比例一的硬质合金进行平均晶粒大小和粒度分布的分析，统计结果如表2所示。
表1实施例一的静置时间
表2实施例一和对比例一的硬质合金粒度均匀性统计
通过观察发现，实施例一的平均粒径较对比例一略大，是由于明显去除了细微颗粒，同时可以看出≤0.5μm粒径占比显著降低，硬质合金整体粒度分布更加集中。
实施例二
(1)原料选取：
硬质相原料为费氏粒度0.8μm的wc粉末；粘结相为ni。
(2)对硬质相原料进行预处理：对wc粉末进行球磨预处理，以去离子水为湿磨介质，球料比为5:1(重量比)，固液比为1:0.5(重量比)，球磨时间1.5h，得到预处理粉体。
(3)分离：将上述预处理粉体，按照1:1.2的固液比(液体介质为丙酮)，静置于不锈钢容器中，静置时间30min，形成上层悬浮液。
(4)去除：取上层悬浮液，滤纸过滤悬浮液后，干燥滤纸，计算滤纸增重量，得到细颗粒wc粉末的重量，继而可以得到wc粉末的余量。
(5)将上述wc粉末的余量与ni进行混合配料，经过湿磨、干燥、压制和烧结，得到wc-10wt％ni硬质合金。
对比例二
对比例二与实施例二的不同之处在于，对比例二将得到的预处理粉体直接干燥，再与ni进行混合配料，经过湿磨、干燥、压制和烧结，得到wc-10wt％ni硬质合金。
将实施例二和对比例二的硬质合金进行平均晶粒大小和粒度分布的分析，统计结果如表3所示。
表3实施例二和对比例二的硬质合金粒度均匀性统计
通过观察发现，实施例二硬质合金晶粒的集中度要高于对比例二，表现为细颗粒占比小，粗大颗粒少，硬质合金整体粒度分布也更加集中。
实施例三
(1)原料选取：
硬质相原料为费氏粒度0.8μm的wc粉末和费氏粒度1.0μm的tic粉末；粘结相为co。
(2)对硬质相原料进行预处理：对wc粉末进行球磨预处理，以去离子水为湿磨介质，球料比为5:1(重量比)，固液比为1:0.5(重量比)，球磨时间2h，得到预处理粉体。
(3)分离：将上述预处理粉体，按照1:1.2的固液比(液体介质为丙酮)，静置于不锈钢容器中，静置时间35min，形成上层悬浮液。
(4)去除：取上层悬浮液，滤纸过滤悬浮液后，干燥滤纸，计算滤纸增重量，得到细颗粒wc粉末的重量，继而可以得到wc粉末的余量。
(5)将上述wc粉末的余量与tic和co进行混合配料，经过湿磨、干燥、压制和烧结，得到wc-2wt％tic-10wt％co硬质合金。
对比例三
对比例三与实施例三的不同之处在于，对比例三不对硬质相原料进行预处理，直接将硬质相原料进行分离、去除，再与tic和co进行混合配料，经过湿磨、干燥、压制和烧结，得到wc-2wt％tic-10wt％co硬质合金。
将实施例三和对比例三的硬质合金进行平均晶粒大小和粒度分布的分析，统计结果如表4所示。
表4实施例三和对比例三的硬质合金粒度均匀性统计
通过观察发现，实施例三硬质合金晶粒的集中度要高于对比例三，表现为细颗粒占比小，粗大颗粒少。
上述实施例仅用于对本发明所提供的技术方案进行解释，并不能对本发明进行限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。
1.一种硬质合金粒度均匀性的控制方法，所述硬质合金的制备过程包括将硬质相原料和粘结相原料进行混合的工序，湿磨、干燥、压制和烧结的工序，其特征在于：在所述混合之前，对所述硬质相原料进行预处理，分离、去除粒度≤0.5μm的粉末。
2.根据权利要求1所述的一种硬质合金粒度均匀性的控制方法，其特征在于，所述预处理为对所述硬质相原料进行粉碎处理，得到预处理粉体。
3.根据权利要求1所述的一种硬质合金粒度均匀性的控制方法，其特征在于：所述分离、去除粒度≤0.5μm的粉末的方法包括倾析法、过滤法或离心分离法中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的一种硬质合金粒度均匀性的控制方法，其特征在于：所述粉碎处理包括振动、机械搅拌、气流磨或球磨中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的一种硬质合金粒度均匀性的控制方法，其特征在于：所述球磨以100mpa·s以下的低粘度流体为介质。
6.根据权利要求4所述的一种硬质合金粒度均匀性的控制方法，其特征在于：所述球磨的介质为乙醇、丙酮、己烷或去离子水中的至少一种。
7.根据权利要求5或6任一项所述的一种硬质合金粒度均匀性的控制方法，其特征在于：所述分离为对包含所述介质的所述预处理粉体进行静置处理，形成上层悬浮液。
8.根据权利要求7所述的一种硬质合金粒度均匀性的控制方法，其特征在于：所述静置处理的时间为20min-60min；所述上层悬浮液含有所述粒度≤0.5μm的粉末。
9.根据权利要求8所述的一种硬质合金粒度均匀性的控制方法，其特征在于：对所述上层悬浮液进行过滤、干燥，得到所述粒度≤0.5μm的粉末。
10.根据权利要求1-6任一项所述的一种硬质合金粒度均匀性的控制方法，其特征在于：还包括测得所述粒度≤0.5μm的粉末的重量，计算所述硬质相原料的余量。
技术总结