多物理場耦合作用下快速燒結製備WC-Co硬質合金的方法
2023-06-06 17:40:36 4
專利名稱：多物理場耦合作用下快速燒結製備WC-Co硬質合金的方法
技術領域：
本發明涉及多物理場耦合作用下快速燒結製備碳化鎢-鈷(WC-C0)硬質合金的方法，屬於快速燒結製備硬質合金的技術領域。
背景技術：
硬質合金具有高硬度和紅硬性、高彈性模量、高耐磨性，是目前最主要的切削刀具材料，號稱「工業的牙齒」。目前，國際和國內關於硬質合金的製備主要通過傳統的粉末冶金工藝方法生產的。其製作過程為粉末的製備一粉末預處理一粉末預壓成型一燒結一後處理。由於粉末體系中添加了橡膠或石蠟等添加劑，所以在燒結過程中為了去除雜質，需要r2小時的中間保溫預燒；同時在燒結過程中還需要通過特殊的燒結工藝和其他金屬元素 來抑制晶粒的長大以便獲得更加優良的硬質合金。因此，採用傳統的粉末冶金方法製備硬質合金工藝複雜,產品合格率低且成產效率不高,材料消耗大等缺點而導致生產成本高，同時傳統的方法對環境造成一定的汙染。周建等人在中國專利CN 101007346A中採用了微波磁場結合微波電場的燒結方法製備WC-Co硬質合金，該方法雖然將燒結時間縮短到了幾十分鐘，可有效地控制WC-Co的晶粒長大的問題，但是工藝過程依然包含生坯的壓制環節，粉末體系中的添加劑阻礙了產品性能的進一步提聞。21世紀以來，隨著科技的進步和工藝手段的不斷更新，電場燒結以其快速、高效的特點備受關注。楊屹等人在中國專利ZL 200510020794. 9中利用電場低溫快速燒結釹鐵硼磁體坯體並使其實現緻密化。該方法是將事先球磨好的釹鐵硼合金細粉裝入模具中，經磁場取向後壓製成坯體，然後將坯體放置於電加熱設備中，利用電流直接通過坯體對其急速加熱，使坯體內組元在50(T90(TC下，持續燒結51分鐘即可完成坯體的緻密化過程。該方法使磁體的製造周期短、效率高，能耗也大大降低。但是該方法的工藝流程包括生坯的製備環節，在燒結過程中無外加力場條件，胚體能否被良好燒結，在很大程度上依賴於壓坯的初始密度，初始密度越低，試樣最終燒結緻密性越差，其相應的物理化學性能和力學性能也要大受影響。其次在燒結的過程中對坯體進行了數分鐘的保溫，這在較小程度上提高了燒結體性能的同時延長了燒結時間。楊屹等人在《熱加工工藝》2010年12期上發表題為「電場作用下預設燒結溫度對WC-Co體系燒結的影響」的論文，成功製得了具有高性能的燒結WC-Co硬質合金。該方法是先將WC-Co粉末製成壓坯，然後利用電流直接通過壓坯，使壓坯急速加熱，在較低溫度下(IOO(TC)使壓坯內組元快速緻密化，並獲得超細晶粒。該方法雖然顯著縮短了 WC-Co燒結成型的時間(由傳統粉末冶金方法的1.5 3小時縮短到了 51分鐘左右)，但是該方法的工藝流程依然包括生坯的製備環節，胚體能否被良好燒結，在很大程度上依賴於壓坯的初始密度，初始密度越低，試樣最終燒結緻密性越差，其相應的物理化學性能和力學性能也要大受影響。
發明內容
本發明的目的是針對目前WC-Co硬質合金製備所存在的問題和不足，諸如工序複雜、製備周期長、成型溫度高、產品合格率低，原材料對添加劑的依賴而導致產品純度不高，對環境造成一定的汙染，且燒結過程中晶粒長大等缺陷，而提供一種多物理場耦合作用下快速燒結製備WC-Co硬質合金的方法。本發明的目的由以下技術措施實現，其中所述原料份數除特殊說明外，均為重量份數。多物理場耦合作用下快速燒結製備WC-Co硬質合金的方法，其特徵在於該方法是先將WC Co=84^94 16飛的重量比粉末混合均勻，稱量後裝填於模具中，然後在升溫速度為15 100°C /s，優選升溫速度為2(T80°C /s，真空度彡0.01 Pa的燒結條件下，對裝有WC-Co粉末的模具通交流電進行急速加熱，同時在模具兩端施以IOlOOMPa的作用力，優選外加壓力為5(Tl50MPa，在電場和力場的持續作用下，當加熱至80(Tl00(TC，優選燒結溫度為85(T950°C時，進行不同次數的瞬間電熱衝擊，最後斷電空冷取出試樣即可。所述電熱衝擊行為是從燒結溫度以15 10(TC /s的降溫速率降到400°C，然後以15^100°C /s升溫速率再次加熱到燒結溫度，循環次數為f 10次，優選電熱衝擊為31次；所述交流電加熱，其中電壓為3 10 V，電流為3000 30000A。性能測試1、相對密度採用精度為0. OOOlg的TP-214分析天平進行測量，利用公式
權利要求
1.一種多物理場耦合作用下快速燒結製備WC-C0硬質合金的方法，其特徵在於該方法是將WC Co=84^94 16飛的重量比粉末混合均勻，稱重後裝填於模具中，然後在升溫速度為15 100°C /s，真空度彡O. OlPa的燒結條件下，對裝有WC-Co粉末的模具通交流電進行急速加熱，同時在模具兩端施以IOlOOMPa的作用力，在電場和力場的持續作用下，當加熱至80(Tl00(rC時，進行不同次數的瞬間電熱衝擊，最後斷電空冷取出即可。
2.根據權利要求1所述的多物理場耦合作用下快速燒結製備WC-Co硬質合金的方法， 其特徵在於該方法的升溫速度為2(T80°C /s。
3.根據權利要求1所述的多物理場耦合作用下快速燒結製備WC-Co硬質合金的方法， 其特徵在於該方法的燒結溫度為85(T950°C。
4.根據權利要求1所述的多物理場耦合作用下快速燒結製備WC-Co硬質合金的方法， 其特徵在於該方法的外加力為5(Tl50 MPa。
5.根據權利要求1所述的多物理場耦合作用下快速燒結製備WC-Co硬質合金的方法，其特徵在於該方法進行的電熱衝擊行為是從燒結溫度以15 10(TC /s的降溫速率降到 400°C，然後以15 100°C /s升溫速率再次加熱到燒結溫度，循環次數為廣10次。
6.根據權利要求1所述的多物理場耦合作用下快速燒結製備WC-Co硬質合金的方法， 其特徵在於該方法採用交流電加熱，其中電壓為3 10 V，電流為3000 30000A。
全文摘要
本發明公開了多物理場耦合作用下快速燒結製備WC-Co硬質合金的方法，其特點是將WC∶Co=84~94∶16~6的重量比粉末混合均勻，稱重後裝填於模具中，然後在升溫速度為15~100℃/s，真空度≤0.01Pa的燒結條件下，對裝有WC-Co粉末的模具通交流電進行急速加熱，同時在模具兩端施以10~200MPa的作用力，在電場和力場的持續作用下，當加熱至800~1000℃時，進行不同次數的瞬間電熱衝擊，電熱衝擊行為是從燒結溫度以15~100℃/s的降溫速率降到400℃，然後以15~100℃/s升溫速率再次加熱到燒結溫度，循環次數為1~10次；最後斷電空冷取出即可。該方法簡化了工藝流程，快速高效、節能環保，提高了硬質合金質量，能代替現有硬質合金的製備方法。
文檔編號C22C29/08GK102994852SQ20121048686
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月26日 優先權日2012年11月26日
發明者楊屹, 楊剛, 秦義, 黃坤蘭, 尹德強 申請人:四川大學, 思克萊德大學