一種含表面低鈷層的硬質合金產品的製備方法
2023-05-30 03:32:21
一種含表面低鈷層的硬質合金產品的製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種含表面低鈷層的硬質合金產品的製備方法，包括：調整硬質合金產品成分配比和改進金屬碳化物與粘結金屬鈷的燒結工藝：將調整成分配比的原料進行混合、壓製成型後燒結；調整硬質合金產品的最高燒結溫度，抑制液態鈷在高溫燒結階段從產品內部向外溢出，避免產品表面形成富鈷層；在高溫燒結階段對產品進行分壓燒結，達到最高燒結溫度後，迅速往爐內通入高壓氣體，實現快速冷卻。本發明能有效抑制液態鈷在高溫燒結階段從產品內部向外溢出，從而避免產品表面形成富鈷層，表面低鈷層無明顯的鈷聚集或者鈷偏析，鈷與金屬碳化物兩相分布均勻，從而大大提高了產品的質量、加工效率及使用壽命，提升國產刀片替代進口刀片的競爭力。
【專利說明】一種含表面低鈷層的硬質合金產品的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種硬質合金產品的製備工藝，特別是一種含表面低鈷層的硬質合金產品的製備方法。
【背景技術】
[0002]硬質合金是指以難熔金屬碳化物與粘結金屬為主要成分，通過高溫燒結而得到的一種具有高硬度、高紅硬性金屬材料。由於目前我們的粘結金屬主要使用的是金屬鈷，而金屬鈷屬於低熔點材料，在硬質合金中主要起到粘結金屬的作用，因此的熔點要遠遠低於難熔金屬碳化物。故在燒結後期的高溫燒結階段金屬鈷會以液態的形勢出現，而燒結過程中我們爐內的環境為高真空的環境，因此從該階段開始便有液態鈷從產品內部向外溢出，從而形成產品的表面富鈷層。而一種本體的鈷含量為10%左右的通用硬質合金產品由於外表層的鈷含量偏高、以及碳化鎢顆粒偏細等因素在表面形成富鈷層。因此我們通過能譜儀對產品進行檢測發現該牌號硬質合金表面鈷含量達到45%-75%，已經嚴重的超出了產品本身的10%鈷含量。眾所周知我們的硬質合金主要是用於各種金屬以及硬質材料的金屬加工，惡劣的工況環境對硬質合金本身的硬度要求非常高，而合金表面層軟金屬鈷的出現就會使我們的硬質合金產品在加工中出現不耐磨，使用壽命不高等現象。
【發明內容】
[0003]針對目前含表面富鈷層硬質合金老產品的不足，本發明的目的在於提供一種經久耐磨、使用壽命高的含表面低鈷層的硬質合金產品的製備方法。
[0004]為解決上述技術問題，本發明的技術方案是:一種含表面低鈷層的硬質合金產品的製備方法，包括:
(一)調整硬質合金產品成分配比
[I] 一種含表面富鈷層的硬質合金老產品的主要成分配比:
WC 粉:85%-95%
Co 粉:9.5%-10.5%
添加劑:碳化鉻:0.5%-1.0%
C 含量:5.60%-5.70%
WC 粒度:0.8um Co粉粒度〈1.5um 成型劑:聚乙二醇:2% ；
[I] 一種含表面低鈷層的硬質合金新產品的主要成分配比:
WC 粉:88%-92%
Co 粉:9.8%-10.2% 添加劑:等量的碳化鉻及碳化鉭鈮:1.0%-2.0%
C 含量:5.60%-5.70%WC 粒度:0.8um Co粉粒度〈1.5um 成型劑:聚乙二醇:2% 。
[0005](二)改進金屬碳化物與粘結金屬鈷的燒結工藝:
將難熔金屬碳化物與粘結金屬鈷，通過高溫燒結而得到一種具有高硬度的硬質合金，金屬鈷的熔點要遠遠低於難熔金屬碳化物，在硬質合金中主要起到粘結金屬的作用；故在燒結後期的高溫燒結階段金屬鈷會以液態的形式出現，而燒結爐內的環境為高真空的環境，因此在傳統的燒結工藝高溫燒結階段便有液態鈷從產品內部向外溢出，從而形成產品表面的富鈷層，表面鈷含量達到45%-75%，已經嚴重的超出了產品本身10%的鈷含量；
改進的燒結工藝為:
[1]將調整成分配比的原料進行混合；
[2]將混合好的原料壓製成型後燒結；
[3]調整硬質合金產品的最高燒結溫度，硬質合金的最高燒結溫度是以難熔的金屬碳化物完全被液相粘結金屬鈷潤溼為最佳；然而碳化鎢被完全潤溼的溫度是一個溫度區間，因此將該品牌硬質合金最高燒結溫度在1400°C -1430°C之內合理調整，能夠抑制液態鈷在高溫燒結階段從產品內部向外溢出，從而避免產品表面形成富鈷層；
[4]在高溫燒結階段對產品進行分壓燒結:在燒結溫度達到1250°C後開始分壓燒結65-105分鐘,壓力值為20mbar-50mbar,在產品達到最高燒結溫度後,迅速往爐內通入惰性高壓(20bar_40bar)氣體,實現快速冷卻。
[0006]改進的燒結工藝能有效抑制液態鈷在高溫燒結階段從硬質合金本體內部向外溢出，從而確保產品表面形成的不是富鈷層、而是低鈷層；低鈷層的鈷含量百分比降至12%-25%，表面低鈷層無明顯的鈷聚集或者鈷偏析，金屬碳化物WC與粘結金屬鈷Co兩相分布均勻。
[0007]表面無富鈷的硬質合金牌號在後續的物理塗層(PVD)中硬質合金與塗層材料(TiN/TiALN)之間結合力高於表面富鈷硬質合金的10%-15%，塗層後產品使用壽命得到大幅提聞。
[0008]本發明的有益效果:
1、含表面低鈷層的硬質合金產品製備方法能有效抑制液態鈷在高溫燒結階段從產品內部向外溢出，從而避免產品表面形成富鈷層；產品表面低鈷層的鈷含量百分比降至12%-25%，表面低鈷層無明顯的鈷聚集或者鈷偏析，鈷與金屬碳化物兩相分布均勻，從而直接提高了該產品的加工效率及使用壽命。
[0009]2、該產品經常用作塗層刀片的機體，表面低鈷硬質合金在後續的塗層中，硬質合金機體與塗層之間結合力高於表面富鈷硬質合金的10%-15%，塗層後的產品質量、使用性能及使用壽命得到大幅提高，大大提升國產刀片替代進口刀片的競爭力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。[0011]圖1是含表面低鈷層的硬質合金產品製備方法的流程示意圖。
[0012]圖2是採用新工藝的產品表面層圖片。[0013]圖3是採用老工藝的產品表面層圖片。
【具體實施方式】
[0014]實施例1:1#含表面低鈷層的硬質合金產品製備方法；
[I]含表面低鈷層硬質合金產品的主要成分:
WC 粉:88%
Co 粉:10.2%
添加劑:等量的碳化鉻及碳化鉭鈮:1.2%
C 含量:5.60%
WC 粒度:0.8um Co粉粒度〈1.5um 成型劑:聚乙二醇:2% 。
[0015][2]燒結工藝調整:在燒結溫度達到1250°C後開始分壓燒結:1250°C，壓力值為20mbar燒結105分鐘；1350°C開始分壓燒結，壓力值為40mbar燒結65分鐘；1400°C開始分壓燒結，壓力值為50mbar燒結35分鐘；在產品達到最高燒結溫度1420°C後，迅速往爐內通入惰性高壓(40bar)氣體,實現快速冷卻。 [0016][3]調整1#品牌硬質合金產品的最高燒結溫度，硬質合金的最高燒結溫度是以難熔的金屬碳化物完全被液相粘結金屬鈷潤溼為最佳；然而碳化鎢被完全潤溼的溫度是一個溫度區間，因此將該品牌硬質合金最高燒結溫度在(1400°C -1430°C)區間之內合理調整，能夠抑制液態鈷在高溫燒結階段從產品內部向外溢出，從而避免產品表面形成富鈷層。
[0017]改進的燒結工藝能有效抑制液態鈷在高溫燒結階段從硬質合金本體I內部向外溢出，從而確保產品表面形成的不是富鈷層、而是低鈷層2 ;低鈷層2的鈷含量百分比降至12%-25%，表面低鈷層2無明顯的鈷聚集或者鈷偏析，金屬碳化物WC與粘結金屬鈷Co兩相分布均勻。
[0018]實施例2: 2#含表面低鈷層的硬質合金產品製備方法；
[I]硬質合金牌號主要成分:
WC 粉:90%
Co 粉:10%
添加劑:等量的碳化鉻及碳化鉭鈮:1.5%
C 含量:5.70%
WC 粒度:0.8um Co粉粒度〈1.5um 成型劑:聚乙二醇:2%。
[0019][2]及[3]與實施例1相同。
[0020]實施例3: 3#含表面低鈷層的硬質合金產品製備方法；
[I]硬質合金牌號主要成分:
WC 粉:92%
Co 粉:9.8%
添加劑:等量的碳化鉻及碳化鉭鈮:1.8%C 含量:5.65%
WC 粒度:0.8um Co粉粒度〈1.5um 成型劑:聚乙二醇。
[0021][2]及[3]與實施例1相同。
[0022]經外觀檢測3#品牌硬質合金產品表面層無明顯的金屬鈷亮白色，產品呈正常的
灰白金屬顏色，通過掃描電鏡能譜儀檢測鈷的名義含量為10%-15%，基本接近產品的名義鈷
含量。具體如下表;
【權利要求】
1.一種含表面低鈷層的硬質合金產品的製備方法，包括: (一)調整硬質合金產品成分配比: (1)一種含表面富鈷層的硬質合金老產品的主要成分配比: WC 粉:85%-95%
Co 粉:9.5%-10.5% 添加劑:碳化鉻:0.5%-1.0%
C 含量:5.60%-5.70% WC 粒度:0.8um Co粉粒度〈1.5um 成型劑:聚乙二醇:2% ； (2)—種含表面低鈷層的硬質合金新產品的主要成分配比: WC 粉:88%-92%
Co 粉:9.8%-10.2% 添加劑:等量的碳化鉻及碳化鉭鈮:1.0%-2.0%
C 含量:5.60%-5.70%` WC 粒度:0.8um Co粉粒度〈1.5um 成型劑:聚乙二醇:2% ； (二)改進金屬碳化物與粘結金屬鈷的燒結工藝: 將難熔金屬碳化物(WC粉)與粘結金屬鈷(Co粉)，通過高溫燒結而得到一種具有高硬度的硬質合金本體(I )，金屬鈷的熔點要遠遠低於難熔金屬碳化物，在硬質合金中主要起到粘結金屬的作用；故在燒結後期的高溫燒結階段金屬鈷會以液態的形式出現，而燒結爐內的環境為高真空的環境，因此在傳統的燒結工藝高溫燒結階段便有液態鈷從產品內部向外溢出，從而形成產品表面的富鈷層，表面鈷含量達到45%-75%，已經嚴重的超出了產品本身10%的鈷含量； 改進的燒結工藝為: (1)將調整成分配比的原料進行混合； (2)將混合好的原料壓製成型後燒結； (3)調整硬質合金產品的最高燒結溫度，硬質合金的最高燒結溫度是以難熔的金屬碳化物完全被液相粘結金屬鈷潤溼為最佳；然而碳化鎢被完全潤溼的溫度是一個溫度區間，因此將該品牌硬質合金最高燒結溫度在1400°C _1430°C之內合理調整，能夠抑制液態鈷在高溫燒結階段從產品內部向外溢出，從而避免產品表面形成富鈷層； (4)在高溫燒結階段對產品進行分壓燒結:在燒結溫度達到1250°C後開始分壓燒結15-45分鐘,壓力值為20mbar-50mbar,在產品達到最高燒結溫度後,迅速往爐內通入惰性高壓(20bar_40bar)氣體,實現快速冷卻； 改進的燒結工藝能有效抑制液態鈷在高溫燒結階段從硬質合金本體(1)內部向外溢出，從而確保產品表面形成的不是富鈷層、而是低鈷層(2);低鈷層(2)的鈷含量百分比降至12%-25%，表面低鈷層(2)無明顯的鈷聚集或者鈷偏析，金屬碳化物(WC)與粘結金屬鈷(Co)兩相分布均勻；表面無富鈷的硬質合金牌號在後續的物理塗層(PVD)中硬質合金與塗層材料(TiN/TiALN)之間結合力高於表 面富鈷硬質合金的10%-15%，塗層後產品使用壽命得到大幅提高。
【文檔編號】C22C29/08GK103774026SQ201310715146
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年12月23日 優先權日:2013年12月23日
【發明者】李豔鑫 申請人:江西稀有稀土金屬鎢業集團有限公司