本发明涉及硬质合金材料领域，具体是一种耐磨无磁硬质合金及其制备方法。
背景技术：
1、随着工业和科技的迅猛发展，对材料性能的需求日益提高，耐磨无磁硬质合金因其在恶劣环境下表现了出色的性能，如高硬度、抗磨损、耐腐蚀等，逐渐成为制造业和其他领域中的重要材料，然而，传统的硬质合金往往含有磁性成分，在一些特殊场合，如电子设备制造、医疗器械等，可能导致不良影。因此，对于制备耐磨无磁硬质合金的研究具有重要的理论和实际意义。尽管耐磨无磁硬质合金在理论上具有广泛的应用前景，但在实际应用中仍存在一些亟待解决的问题。首先，传统的制备方法往往无法充分保证材料的非磁性，导致制备的合金中仍然含有一定的磁性成分；其次，一些现有的非磁性硬质合金在耐磨性和硬度之间存在着一定的矛盾，制备出既具备高硬度又能够保持非磁性的合金仍旧是一个挑战。
2、添加非磁元素，一方面可以减少合金中磁性材料的比例，另一方面可以改变合金的电磁性质，减少磁性，金刚石由于其出色的硬度和耐磨性而备受推崇，然而其在常规应用中的局限性主要体现在以下两点：第一，金刚石的耐腐蚀性较差，第二，与天然金刚石不同，人造金刚石由于生产过程中的杂质而易受到磁场干扰，在耐磨无磁硬质合金的制备中虽有望利用金刚石高硬度的特性，但如何避免人造金刚石受到磁场干扰成为需要解决的问题，除此之外，还面临着金刚石与基体之间结合强度低、金刚石颗粒易脱落、在烧结过程中金刚石易石墨化等问题，但添加金刚石的耐磨无磁硬质合金仍具有良好的应用前景。
技术实现思路
1、本发明提出了一种耐磨无磁硬质合金及其制备方法，具体是一种以钨包覆金刚石颗粒为硬度增强剂，以碳化钨为硬质相，羰基镍粉、氢化铌、稀土金属氧化物和为粘结相，碳化钒为晶粒长大抑制剂，通过浸渍法制备钨包覆金刚石颗粒，再混合原料进行球磨，最后通过火花等离子烧结法制备得到所述耐磨无磁硬质合金，该合金具有硬度大、耐磨性好、非磁性的特点。
2、为了达成上述技术目的，主要采取了以下技术方案：
3、一种耐磨无磁硬质合金，由基体粉末和硬度增强剂组成，质量分数分别为：基体粉末90～99wt％，硬度增强剂1～10wt％；
4、其中，基体粉末由硬质相、粘结相和晶粒生长抑制剂组成，各组成原料及占基体粉末的质量分数如下：硬质相为碳化钨80～90wt％，粘结相为羰基镍粉6～12wt％、氢化铌3～5wt％、稀土金属氧化物0.1～1wt％和石墨0.5～1wt％，晶粒生长抑制剂为碳化钒0.4～1wt％；
5、碳化钨为粉末状、纯度为99.9％、粒径为2μm，羰基镍粉的纯度为99％、粒径为2～3μm，氢化铌纯度为99％、粒径为40～45μm，稀土金属氧化物为三氧化二钇和三氧化二铈中的一种、稀土金属氧化物的纯度为99.9％，石墨纯度为98％、粒径为45μm，碳化钒为粉末状、纯度为99.9％、粒径为2μm；
6、其中，硬度增强剂为钨包覆金刚石颗粒，由钨酸铵、金刚石、聚乙烯醇制备得到，钨酸铵、聚乙烯醇和金刚石的质量之比为0.1～0.5:0.05～0.1:5；
7、所述金刚石为分析纯、粒径为15～25μm，钨酸铵为分析纯、纯度为99.99％，聚乙烯醇为分析纯、mw＝30000～70000。
8、进一步地，硬度增强剂的制备包括以下步骤：
9、q1，取金刚石用蒸馏水超声清洗10～20min至表面无杂质，在于65wt％硝酸中超声15～25h进行处理使其表面粗化，再依次用去离子水、无水乙醇清洗，使表面无硝酸残留，与80℃烘箱中烘烤20min至干燥，得到预处理金刚石；
10、q2，按比例称取乌酸铵，加入去离子水中，升温至50℃并搅拌至溶解，搅拌速度为200～300rpm，得到钨酸铵溶液；
11、q3，按比例称取聚丙烯醇加入去离子水中，加热至90℃至聚丙烯醇溶解，得到pva水溶液；
12、q4，将步骤q2中制备得到的钨酸铵溶液和步骤q3中制备得到的pva水溶液按比例混合，得到浸渍液；
13、q5，按比例取步骤q1中制备得到的预处理金刚石和浸渍液，升温至50℃并搅拌，搅拌速度为100～200rpm，搅拌至干燥后，得到钨酸铵包覆的金刚石颗粒；
14、q6，将q5中所得的钨酸铵包覆的金刚石颗粒进行热处理，在h2-ar混合气气氛下，700～1100℃热处理1～3h，升温速率为5℃/min，得到钨包覆金刚石颗粒，即为所述硬度增强剂。
15、优选地，步骤q2所述钨酸铵溶液的质量分数为5～15wt％，步骤q3所述的pva水溶液的质量分数为5～15wt％。
16、优选地，步骤q6中所述的h2-ar混合气由5％的h2和95％的ar组成。
17、进一步地，一种耐磨无磁硬质合金的制备方法包括以下步骤：
18、s1，先将羰基镍粉、氢化铌、稀土金属氧化物和石墨比例混合，加入行星球磨机中，以异丙醇为介质进行球磨，球磨速度600rpm，球磨时间1～2h，得到粘结相粉末；
19、s2，在步骤s1中得到的粘结相粉末中按比例添加钨包覆金刚石颗粒和碳化钒，以异丙醇为介质继续球磨，600rpm的球磨速度下球磨3h，再调整球磨速度至150rpm继续球磨48h，球磨结束后在70℃烘箱中干燥处理2h，得到混合粉末；
20、s3，将步骤s2中制备得到的混合粉末放置于石墨模具中，使用真空等离子烧结炉进行初次烧结，烧结温度400～600℃，加热速率150℃/min，烧结时间2～5min，得到初次烧结体；
21、s4，对步骤s3中制备得到的初次烧结体进行等离子烧结，在ar气氛下进行，烧结温度为800～1000℃，加热速率200℃/min，烧结时间4～10min，得到等离子烧结体；
22、s5，对步骤s4得到的等离子烧结体进行二次烧结，烧结温度为900～1100℃，加热速率100℃/min，烧结时间8～12min，得到烧结的硬质合金；
23、s6，将步骤s5中制备得到的烧结的硬质合金在冷却系统中冷却至室温，冷却速率为150℃/min，得到所述耐磨无磁硬质合金。
24、优选地，步骤s3中所述真空等离子烧结炉的真空度为10pa。
25、本发明取得的有益效果如下：
26、本发明所制备的耐磨无磁硬质合金以碳化钨为硬质相，羰基镍粉、氢化铌、稀土金属氧化物和石墨为粘结相，碳化钒为晶粒长大抑制剂，添加钨包覆金刚石颗粒作为硬度增强剂。
27、首先，硬质相碳化钨无磁性，常用fe、co、ni等作为粘结相，但是co粘结相耐腐蚀性差、ni粘结相硬度和强度低，本发明采用羰基镍粉-氢化铌-石墨-稀土氧化物作为代替粘结相，羰基镍粉具有纯度高、粒度细、表面高度发达及易于烧结等特点，氢化铌在氢化形式下失去了铌金属的柔性和延展性、变得脆且坚硬，并且铌的使用还能够限制碳化钨的晶粒尺寸，有助于提高硬质合金的机械强度和韧性，而稀土氧化物的引入不仅能够控制在制备过程中杂质对硬质合金的影响比如烧结后的试样孔隙率增大，还能细化晶粒，控制碳化钨晶粒的生长，提高硬质合金的强度，并且不会对硬质合金的磁性产生影响；其次，为提高硬质合金的耐磨性能和硬度引入钨包覆金刚石颗粒，采用浸渍法制备钨包覆金刚石颗粒具有镀层厚度均匀、表面平整的特点，钨的耐磨性好、硬度高，与金刚石协同作用有助于进一步优化其耐磨特性，同时钨是一种非磁材料，用钨包覆金刚石颗粒能够减少人造金刚石自身的磁性对硬质合金的性能影响，此外也能够在热处理时在钨-金刚石界面上生成碳化钨层，防止内部金刚石发生石墨化而使其性能下降；最后，由于粘结相中的稀土金属具有一定的晶粒细化作用，故在制备该非磁耐磨硬质合金时，晶粒生长抑制剂的用量能够减少，这有助于降低生产成本。
28、综上，本发明所制备的非磁耐磨硬质合金，由硬质相、粘结相、晶粒生长抑制剂及硬度增强剂四部分组成，各组分间相互协同，在性能提升上取得了显著效果。
1.一种耐磨无磁硬质合金，其特征在于，由基体粉末和硬度增强剂组成，质量分数分别为：基体粉末90～99wt％，硬度增强剂1～10wt％；
2.根据权利要求1所述的一种耐磨无磁硬质合金，其特征在于，所述硬度增强剂的制备包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种耐磨无磁硬质合金，其特征在于，步骤q2所述钨酸铵溶液的质量分数为5～15wt％，步骤q3所述的pva水溶液的质量分数为5～15wt％。
4.根据权利要求3所述的一种耐磨无磁硬质合金，其特征在于，步骤q6中所述的h2-ar混合气由5％的h2和95％的ar组成。
5.一种根据权利要求4所述的耐磨无磁硬质合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种耐磨无磁硬质合金的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述真空等离子烧结炉的真空度为10pa。
