[發明專利]一種抑制硬質合金燒結過程中稀土定向遷移的方法

有效

• 申請號: 201010146150.5
• 申請日: 2010-04-13
• 公開（公告）號: CN101805840A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 張立;吳厚平;陳述;熊湘君
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 鄧建輝

技術領域

本發明涉及一種抑制硬質合金燒結過程中合金中的稀土向合金燒結體表面產生定向遷移的方法，屬于粉末冶金與材料學領域。

背景技術

本發明申請者發現，V/Cr-Ln(Ln：稀土)是一種可賦予硬質合金自潤滑功能的“功能基元”。高活性稀土摻雜的具有WC+β二相組織的WC-Co合金燒結過程中稀土的遷移活性均可通過V或Cr或V+Cr的添加而得到激活，即使在稀土摻雜量僅為0.03％的條件下，稀土也能在合金中產生定向遷移，并在合金燒結體表面形成稀土彌散相。圖1、圖2與圖3分別為具有WC+β二相組織的WC-11％Co-0.71％Cr₃C₂-0.06％RE(RE：含La、Ce、Pr、Nd的混合稀土，以RE-Co預合金粉末形式加入)硬質合金燒結體表面的SEM(掃描電鏡)照片與XRD(X射線衍射)分析圖譜。由圖1、圖2與圖3可知，合金燒結體表面呈凸出狀的、表面光滑的深色彌散相的相成份是RE₂S₃(主體相)+RE₂O₂S(次要相)，其晶體結構分別與Ce₂S₃與Ce₂O₂S相同(合金燒結過程中存在La、Ce遷移的非同步現象，Ce優先遷移)。圖4、圖5與圖6分別為具有WC+β二相組織的WC-11％Co-0.41％Cr₃C₂-0.30％VC-0.06％RE硬質合金燒結體表面的SEM照片與XRD分析圖譜。由圖4、圖5與圖6可知，合金燒結體表面呈凸出狀的、表面光滑的深色彌散相的相成份是RE₂S₃，其晶體結構與Ce₂S₃相同。

本發明申請者發現，當稀土穩定存在于合金燒結體內部時，在一定的服役工作條件下，存在于合金中的稀土在全致密的硬質合金工具服役過程中具有定向遷移的能力，在合金工具工作表面原位形成具有自潤滑功能的薄膜。圖7與圖8分別為對鑄鐵粗車削35min后WC-8％Co-0.07％RE硬質合金刀片后刀面的SEM照片與整個后刀面的XRD分析圖譜。分析結果表明，合金工作表面形成了晶體結構為La₂O₂S的稀土氧硫化合物薄膜(存在La、Ce遷移的非同步現象)。

La₂O₂S屬P-3ml(164)空間群、六方結構，c/a＝1.714；LaCoO₃屬R-3c(167)空間群、斜方結構，c/a＝2.430。Ln₂O₂S系化合物(Ln＝La-Yb以及Y)包含[Ln₂O₂]²⁺原子層與S原子層。LnCoO₃與α-Ln₂S₃也是層狀結構化合物。這種層狀結構具有低臨界剪切應力與低摩擦系數的特點，因而具有自潤滑功能。除上述特性外，這些化合物還具有高熔點(La₂O₂S：2000-2200℃；LaCoO₃：1740℃；α-La₂S₃熔點為1959℃)特征。合金表層存在Ln₂O₂S等稀土化合物薄膜可賦予合金自潤滑功能與高耐熱性能。

如果摻雜稀土在硬質合金燒結過程中向合金燒結體表面產生了定向遷移與表面富集，則在稀土摻雜硬質合金服役過程中就無法實現合金的自潤滑功能。因此必須對硬質合金燒結過程中摻雜稀土向合金燒結體表面產生定向遷移與表面富集的行為進行有效抑制。對V/Cr-高活性稀土聯合摻雜的WC-Co硬質合金，在燒結爐內氣氛中含微量S、O等雜質條件下，燒結過程中極容易產生稀土的定向遷移與合金燒結體表面的富集。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種對硬質合金燒結過程中摻雜稀土向合金燒結體表面產生定向遷移、并在合金燒結體表面形成稀土富集相的行為進行有效抑制的方法，以實現含自潤滑功能基元硬質合金服役過程中的自潤滑功能，達到明顯改善合金使用性能的目的。

為了解決上述技術問題，本發明提供的抑制硬質合金燒結過程中稀土定向遷移的方法，包括以下步驟：

(一)、燒結爐內氣氛中S雜質含量水平的標定：

(1)、標定塊的制備：