硬质合金的研究

   2020-09-01 互联网中国铸造网10110
核心提示:WC-Co硬质合金因具有高的强度、硬度以及优良的耐磨性和抗氧化性,被广泛应用于机械加工、石油、矿山、模具

WC-Co硬质合金因具有高的强度、硬度以及优良的耐磨性和抗氧化性,被广泛应用于机械加工、石油、矿山、模具和结构耐磨件等领域。超细晶硬质合金具有高强度、高硬度、高耐磨性等优良性能,满足了现代工业和特种难加工材料的发展。

1、超细WC-Co复合粉末的制备技术

传统制取WC-Co粉末的技术首先是通过W粉与C粉进行混合,并在1400-1600℃固相反应生成WC粉,然后与钴粉混合、研磨而成。用这种技术制成的合金粒度不会小于原始粉末的颗粒尺寸,其典型的直径粒度为1-10μm,有较高的脆性。近年来发展了不少制备超细WC-Co复合粉末的技术,它们共同的特点是:相对于传统技术,其制备的WC-Co复合粉末较均匀,粒径小,且工艺流程简单,耗时较少,以下分别予以简述。

(1)化学沉淀法

化学沉淀法首先是制备出分散性好、活性高的钨钴化合物前驱体,然后在固定床或流化床中将其还原碳化成超细WC-Co复合粉末。以仲钨酸铵和氢氧化钴为原料制得90nm的钨钴前驱体。曹立宏等以Na2WO4和Co(NO3)2为原料首先经共沉淀制得CoWO4,然后在碳化炉或回转炉中用高纯H2和含碳气体分别在550-750℃和850-900℃下还原碳化制备出游离碳少于0.1%、平均粒径为0.1μm左右的WC-Co复合粉末。该方法具有粉末粒度小、分布均匀、反应活性高、设备简单和工艺过程易控制等优点,但存在制备过程中易引入杂质、生成的沉淀物易呈胶体状态、难以过滤和洗涤、成本高等问题。

(2)等离子体法

以H2+Ar作等离子引发剂,C2H2作碳源,在约3727℃下,用电弧等离子体直接还原碳化CoWO4制备了平均粒径为40nm的WC-Co粉体。该法操作及生产速度快,所制得的粉末颗粒均匀,但成本较高,且高温下电极易熔化或蒸发,易产生污染产物。

2、超细复合WC-Co的成型

成型坯体的高致密度、高均匀性对于提高硬质合金的物理力学性能具有很大的促进作用。在制备纳米WC-Co硬质合金时,要采用合理的成型工艺,选择合适的成型工艺参数,以保障坯体均匀的结构及高致密度,从而获得高性能的合金。

3、超细硬质合金的烧结技术

烧结是对硬质合金的组织和性能起着决定性影响的工序。一般来说,WC-Co粉末粒度越小,烧结达到完全致密的所需温度越低,普通WC-Co粉末的烧结温度一般为1400℃左右。超细/纳米WC-Co粉体表面活性的提高,一方面是由于高能球磨后大的团聚体解聚,粉末细化后比表面积增大;另一方面,球磨过程中WC粉末不断形成新的表面,而表面极化和重排又造成了表面晶格的严重畸变,使WC晶粒表面趋于无定形化,从而赋予WC晶粒高的表面活性。由于粉末存在着巨大的表面能和晶格畸变能,在烧结过程中这些能量会得以充分的释放,具体表现在晶粒的迅速长大和快速致密化。于是又发展了众多新的烧结方法,以期通过压力、电磁等活化作用来实现低温短时烧结,进一步控制晶粒长大。

4、晶粒抑制剂

为了能在烧结过程中细化晶粒,可在粉末中添加晶粒长大抑制剂,如VC、Cr3C2等物质,其晶粒长大抑制效果明显,可以有效的抑制WC晶粒的连续或非连续长大。迄今为止,国内外硬质合金界在超细WC-Co硬质合金原料、晶粒长大抑制剂、制备工艺和过程机理等方面的研究已取得突破性进展,具有“双高”特性的超细晶粒硬质合金质量越来越稳定,制造成本也得到有效控制,已在越来越多的应用领域取代常规硬质合金。

随着数控机床精度和加工速度的提高,以及印刷电路板向小型化和高集成化方向发展,超细晶粒硬质合金的研究方向逐步向综合性能更佳和更细粒级方向发展。合金晶粒度小于0.2μm的硬质合金目前仍处于研究试验阶段,是未来超细合金研究和发展的方向。(昕竺)


 
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