[发明专利]一种WC-Co硬质合金碳量修正的制备方法

说明书

本发明提供了一种WC‑Co硬质合金碳量修正的制备方法，配料后经湿磨、干燥、掺成形剂、压制成形、脱成型剂、烧结制得；梯度烧结过程中，在300～320℃后保温25～35min；再在55～65L/min的氢气流速下升温至400～500℃并保温70～90min；随后再以35～45L/min的氢气流速下升温至550～650℃并保温70～90min完成脱脂步骤；然后在600～1000℃下在35～45L/min的CH4∶H2＝1～2∶98～99的混合气氛下进行碳量修正；随后再以在1000～1200℃、CH4∶H2＝1～4∶96～99的混合气氛下保温碳量精准修正；最后经烧结处理制得所述的硬质合金。本发明中，通过所述的特殊升温曲线以及期间的气流和流速的控制，能有效平衡脱、渗碳，提升烧结制得的产品的质量稳定。

技术领域

本发明涉及一种硬质合金的制备方法，具体涉及一种WC-Co硬质合金的制备方法，具体为在烧结过程中进行碳量修正。

背景技术

硬质合金是以一种或多种高硬度、高模量的难熔金属碳化物(WC、Ti C、Cr₂C₃)为基体，以过渡族金属(Fe、Co、Ni等)或其他合金为粘结相而组成的一种多相复合材料。这种复合结构材料具有陶瓷的高硬度、高耐磨性、红硬性，又具有金属的较高强度和韧性；而这种特异的“双高”性能正是材料科研工作者所追求的目标。

碳化钨-钴就是“双高”硬质合金或者金属陶瓷的典范。其牌号是由YG和平均含钴量的百分数组成。例如，YG8，表示平均WCo＝8％，其余为碳化钨的钨钴类硬质合金。由于WC-Co硬质合金优越的性能而被广泛的应用于拉丝模、切削工具、耐腐蚀零件及结构部件，如高压容器的柱塞及液缸、精密轧辊、合成金刚石的顶锤、钢丝滚轧机的轧辊、裁纸刀等；油田开钻的喷嘴等。

硬质合金生产中质量控制的主要任务是使合金获得最佳的组织结构(即二相结构，不脱碳，不渗碳，相对磁饱和值在要求位置；晶粒度适度，均匀；孔隙度小；钴相分布均匀等)，最佳性能。

烧结是压制品在多种气体的气氛下，加热至适当的温度所发生的现象和过程。其使压制品发生一系列十分复杂的物理、化学变化其中最主要的变化是致密化和合金组织结构最终形成。

因此，H2烧结中的碳量控制是重中之重，其决定了产品的质量。如何控制炉内的碳气氛，使烧结过程中发生的所有脱碳和渗碳反应所减少或增加的碳量相互抵消，使最终烧结品与原始WC粉末具有完全相同的碳含量。制品中的WC和H2反应(WC+2H2→CH4+W)生成CH4，这个反应几乎发生在烧结的全过程，反应随温度升高而加剧。而反应的方向决定于H2的流量，H2流量越大，带走的CH4越多，CH4浓度越小。CH4浓度过大，分解后留在制品内的游离碳则越多，使制品渗碳的可能性越大。同时碳使制品中粉末间的接触减弱，体积膨胀，产生起皮。如果此碳刚好合适，合金就形成WC+γ二相结构。如果此碳不足，合金则形成WC+γ+η三相结构，如果此碳有余，合金则形成WC+γ+C三相结构。因此，从某种意义上说，合金结构决定于碳的多少，而碳的多少，受碳量和H2流量大小的影响，碳量不均，H2流量的波动，严重影响着合金结构的稳定。

现有一些碳修正烧结工艺报道，例如公开号为CN103667844A的中国专利文献公开了一种低载荷高速冲压精密模具用硬质合金的制备方法，通过所述步骤(1)第一次球磨之前补入炭黑或W粉，按式：合金总碳修正量＝原料实际总碳含量-合金理论总碳含量-合金总碳量平衡修正值，合金总碳量平衡修正值为0.03％～0.07％；若合金总碳修正量为负数，则补入与合金总碳修正量等量的炭黑；若合金总碳修正量为正数，则补入合金总碳修正量÷0.0653的W粉。

现有技术的碳修正方法难于维持烧结过程中脱碳、渗碳的平衡，制备的硬质合金材料的性能不稳定。

发明内容

为解决现有硬质合金烧结过程中的脱碳、渗碳难于平衡而致的合金材料性能不稳定的技术问题，本发明提供了一种WC-Co硬质合金碳修正烧结方法，旨在平衡烧结脱、渗碳，提升硬质合金性能。