[發明專利]一種微波燒結制備WC-Co硬質合金的方法

無效

• 申請號: 201110325455.7
• 申請日: 2011-10-24
• 公開（公告）號: CN102382997A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 易健宏;鮑瑞;張浩澤;彭元東;李麗婭;李愛坤
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C29/08
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域：

本發明公開了一種微波制備WC-Co硬質合金的方法。屬于微波應用與硬質合金制備技術領域。

技術背景：

硬質合金是用粉末冶金方法生產的，由難熔金屬化合物(WC、TiC等)和粘結金屬(Co、Ni、Fe等)組成的，具有粘結相包覆硬質相顯微組織結構特征的金屬陶瓷材料。硬質合金因具有良好的耐磨性、抗變形抗沖擊能力、耐腐蝕性等性能，被廣泛應用于各種切削刀具、鑿巖工具、耐磨零件、成形模具等。通常采用真空燒結、低壓燒結等方式制備WC-Co硬質合金，制備的WC-Co合金具有相對密度高、綜合性能良好等特點，但此類燒結方法存在生產周期長、工藝流程復雜、能耗大、成本高等缺點。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種工藝流程簡單、操作方便、燒結周期短、燒結速率快、能源消耗少、所制得的WC-Co合金顯微組織和力學性能優異的微波燒結制備WC-Co硬質合金的方法。采用本發明方法可以將脫脂、燒結和熱處理工藝結合為一體，可以進行間歇式或連續式生產WC-Co硬質合金。

本發明一種微波燒結制備WC-Co硬質合金的方法，包括下述步驟：

第一步：采用WC粉、Co粉，球磨混合干燥后，得到WC-Co混合料；其中Co占WC-Co混合料總質量的3-30％；WC粉費氏粒度為6.0-7.0微米，純度高于99.9％，Co粉費氏粒度為1.0-2.0微米，純度高于99.9％；

第二步：向第一步所得混合料中添加占所述混合料質量0.6-0.8％的丁鈉橡膠作為成型劑，干燥、篩分后在200-500MPa壓力下壓制成型，得到WC-Co壓坯；

第三步：將第二步所得WC-Co壓坯及輔助加熱材料SiC片同時置于氧化鋁纖維保溫包套內，并在壓坯周圍填充由炭黑與氧化鋁粉組成的填料，然后，將氧化鋁纖維保溫包套放入微波高溫爐爐腔內，爐腔的真空度抽至20-50Pa；向微波高溫爐內通入純N₂保護氣氛，保持爐腔壓強為(0.8-1.5)×10⁵Pa；調節和控制微波源的輸出功率，5-10℃/min的升溫速度加熱至500-600℃，保溫30-60min后，以30-80℃/min的升溫速率加熱至燒結溫度1400-1500℃，保溫1-10min，關閉微波源，以24-28℃/min的降溫速率冷卻至100℃以下后出爐，即可獲得WC-Co硬質合金；或

將第二步所得WC-Co壓坯置于氫氣爐中加熱至500-600℃，脫膠6-8h后，冷卻至室溫；然后與輔助加熱材料SiC片同時置于氧化鋁纖維保溫包套內，并在壓坯周圍填充由炭黑與氧化鋁粉組成的填料；將氧化鋁纖維保溫包套放入微波高溫爐爐腔內，爐腔的真空度抽至40-42Pa；向微波高溫爐內通入純N₂保護氣氛，保持爐腔壓強為1.01×10⁵Pa；調節和控制微波源的輸出功率，以30-80℃/min的升溫速率加熱至燒結溫度1400-1500℃，保溫1-10min，關閉微波源，以24-28℃/min的降溫速率冷卻至100℃以下后出爐，即可獲得WC-Co硬質合金。

本發明中，所述球磨采用行星式球磨機，球磨介質為無水乙醇，轉速120rpm，球料比2∶1，球磨時間6-8h。

本發明中，所述丁鈉橡膠以汽油為溶劑溶解后添加。

本發明中，所述輔助加熱材料SiC片添加量按燒結的WC-Co壓坯體積計算，每立方厘米WC-Co壓坯添加10-20gSiC片。

本發明中，所述N₂保護氣體的純度≥99.99％。

本發明中，所述填料中炭黑與氧化鋁粉質量比為(1-10)∶(99-90)。

本發明中，所述壓制成型時，在成型磨具上涂抹硬脂酸鋅酒精溶液，以提高其潤滑性和壓制性。

本發明中，所述微波高溫爐爐腔中采用真空泵抽真空。

本發明由于采用上述工藝方法，利用微波整體加熱、選擇加熱、非熱效應等特點，使燒結過程具有升溫速度快、燒結周期短、能源利用率高等特點。研究證明微波燒結方法制備的合金平均晶粒度細小、組織分布均勻、性能提高；并且生產周期短、節約能源；由于微波燒結的整體加熱性，克服了傳統燒結工藝采用的緩慢加熱和多次保溫以避免溫度梯度過大造成的變形、鼓泡等缺點；同時，在微波加熱過程中添加適量的SiC作為輔助加熱材料，有效的促進了樣品的快速升溫和爐腔內溫度場的均勻分布。與現有的燒結技術相比，本發明具有如下優點：