專(zhuān)利名稱(chēng)：一種可使硬質(zhì)合金呈梯度結(jié)構(gòu)的滲碳劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于硬質(zhì)合金生產(chǎn)過(guò)程中滲碳處理(熱處理)用滲碳劑。特別是一種在熱處理過(guò)程中可促使合金體結(jié)構(gòu)(組織、金相結(jié)構(gòu))及機(jī)械性能呈梯度分布的滲碳劑。該滲碳劑尤其適合要求合金表面硬度及耐磨性高、中部要求韌性強(qiáng)、而芯部剛度高的鉆齒、切割及模具類(lèi)硬質(zhì)合金滲碳處理時(shí)作為滲碳劑用。
背景技術(shù)：
在常規(guī)硬質(zhì)合金生產(chǎn)中，經(jīng)燒結(jié)成的產(chǎn)品為只含WC和結(jié)合劑相的均勻的兩相組織，因此，其產(chǎn)品的內(nèi)、外金相結(jié)構(gòu)及機(jī)械性能是一致的。這類(lèi)機(jī)械性能一致的產(chǎn)品，存在著高硬度和耐磨性與強(qiáng)韌性之間的矛盾。而對(duì)于鉆齒、巖石切割刀具、模具等硬質(zhì)合金產(chǎn)品，在使用時(shí)要求表面具有很高的硬度和耐磨性；但為了使其能承受較大的沖擊力并阻止表面產(chǎn)生的裂紋向內(nèi)擴(kuò)散，因而，又要求合金體內(nèi)應(yīng)具備較強(qiáng)的韌性。而金相組織均勻，機(jī)械性能一致的硬質(zhì)合金則在高硬度和耐磨性與強(qiáng)韌性之間存在著嚴(yán)重的矛盾和不一致性。針對(duì)這一缺陷，瑞典Sandvik公司在申請(qǐng)?zhí)枮?5108173的專(zhuān)利文獻(xiàn)《最適于巖石鉆孔和礦石切割的硬質(zhì)合金體》中，公開(kāi)了一種具有梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金體。該合金體是在燒結(jié)成型后，再通過(guò)固體滲碳工藝，并采用混合均勻的石墨粒和Al2O3作為滲碳劑，在氫氣氛保護(hù)下在1450℃左右溫度條件下滲碳燒結(jié)2～4小時(shí)，使其表面具有高硬度和耐磨性的WC相(α相)和較平均量低的Co相(β相)；中間層的鈷相(β相)含量則高于合金體的平均值，使其具有較強(qiáng)的韌性以利吸收表面承受的沖擊、阻止表面產(chǎn)生的裂紋向內(nèi)擴(kuò)散；而合金體的芯部則為具有平均Co含量的α+β+γ相，由于η相(W3CO3C、W2CO4C等)的存在，使合金體芯部具有很高的剛度，從而克服了均勻相硬質(zhì)合金體在使用中所存在的弊病。但采用上述滲碳劑由于僅由Al2O3加上1.0％左右的石墨?；旌隙?，其配方簡(jiǎn)單，滲碳反應(yīng)活性低，因此存在滲碳處理時(shí)間長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)梯度形成速度慢，生產(chǎn)率低，能耗及生產(chǎn)成本高等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)背景技術(shù)存在的缺陷，研究一種可使硬質(zhì)合金呈梯度結(jié)構(gòu)的滲碳劑，以達(dá)到在熱處理過(guò)程中加快合金梯度結(jié)構(gòu)形成的速度、縮短滲碳處理時(shí)間、提高生產(chǎn)率、降低能耗和生產(chǎn)成本等目的。
本發(fā)明的解決方案是在原滲碳劑的基礎(chǔ)上，加入碳酸鹽或/和碳酸氫鹽，同時(shí)加大石墨粒在滲碳劑中的比例。即利用碳酸鹽或碳酸氫鹽在滲碳溫度下(1450℃左右)分解得到CO2，CO2與石墨粒反應(yīng)生成CO氣體，此時(shí)的CO氣體具有較高的活性，能夠迅速進(jìn)入液相并與合金體內(nèi)的η相(W3CO3C、W2CO4C等)進(jìn)行反應(yīng)，從而加快了合金體內(nèi)結(jié)構(gòu)梯度的形成。其化學(xué)反應(yīng)原理如下(1)(2)(3)(4)(5)上述反應(yīng)均在1380～1500℃溫度下進(jìn)行，其中的R可以是Na或Ca、Ba、K、Mg、Al等元素。滲碳劑中石墨粒子量的增加又可調(diào)節(jié)爐內(nèi)CO等的氣氛。因此，本發(fā)明滲碳劑的成份包括Al2O3、石墨粒；關(guān)鍵在于其成份中還包括碳酸鹽或/和碳酸氫鹽；滲碳劑中各成份的重量百分比含量分別為純度≥98％的Al2O330～50Wt％，含C量＞98％的石墨粒10～30Wt％，工業(yè)純及以上純度的碳酸鹽或/和碳酸氫鹽30～50Wt％；上述各成份按比例、經(jīng)充分混合均勻后計(jì)量包裝，即成。所述石墨粒，其粒徑為0.3～2.0mm。而所述碳酸鹽、碳酸氫鹽可以是Na或Ca、Ba、K、Mg、Al的碳酸鹽或碳酸氫鹽。
本發(fā)明由于在傳統(tǒng)的滲碳劑中加入了在滲碳處理的高溫下能夠分解得到CO2的碳酸鹽或/和碳酸氫鹽，所生成的CO2再與石墨粒反應(yīng)又生成活性較強(qiáng)的CO氣體，該氣體能迅速進(jìn)入液相并與合金體內(nèi)的η相進(jìn)行反應(yīng)，從而加快了合金體梯度結(jié)構(gòu)的形成。采用本發(fā)明所述的滲碳劑在相同溫度條件下，與背景技術(shù)相比可縮短滲碳處理時(shí)間50～65％，產(chǎn)品具有明顯的粘結(jié)相梯度結(jié)構(gòu)、且表面層(無(wú)η相層)厚度提高10～30％、平均強(qiáng)度提高20～25％(達(dá)3000N/mm2以上)。因此，本發(fā)明用于硬質(zhì)合金滲碳處理可有效縮短滲碳處理時(shí)間、提高生產(chǎn)率，且具有產(chǎn)品梯度結(jié)構(gòu)明顯，表面無(wú)η相層較厚，平均強(qiáng)度高，生產(chǎn)成本及能耗低等特點(diǎn)。
實(shí)施例1本實(shí)施例以配制200kg滲碳劑為例將純度為99.0％的Al2O380kg，平均粒徑為0.8mm、含C量為99.5％石墨粒40kg，工業(yè)純碳酸鈉80kg，置于攪拌器內(nèi)，在轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分的條件下攪拌混合30分鐘，混合均勻后按每個(gè)舟皿用量分袋包裝，即成。
實(shí)施例2仍以配制200kg滲碳劑為例將純度為工業(yè)級(jí)的碳酸氫鈣90kg，純度為99.5％的Al2O380kg及含C量99.9％、平均粒徑為1.2mm的石墨粒30kg，置于攪拌器內(nèi)，在80轉(zhuǎn)/分的條件下攪拌混合均勻后，計(jì)量分裝即成。
實(shí)施例3將純度為工業(yè)級(jí)的碳酸氫鈣和碳酸鉀各40kg，純度為99.5％的Al2O380kg及平均粒徑為1.5mm、含C量99.0％的石墨粒40kg，置于攪拌器內(nèi)，攪拌混合均勻后，按要求計(jì)量分裝，即成。
權(quán)利要求
1.一種可使硬質(zhì)合金呈梯度結(jié)構(gòu)的滲碳劑，包括Al2O3和石墨粒；其特征在于滲碳劑成份中還包括碳酸鹽或/和碳酸氫鹽；滲碳劑中各成份的重量百分比含量分別為純度≥98.0％的Al2O330～50Wt％，含C量＞98.0％的石墨粒10～30Wt％，工業(yè)純及以上純度的碳酸鹽或/和碳酸氫鹽30～50Wt％；上述各成份按比例、經(jīng)充分混合均勻后計(jì)量包裝，即成。
2.按權(quán)利要求1所述可使硬質(zhì)合金呈梯度結(jié)構(gòu)的滲碳劑；其特征在于所述石墨粒的粒徑為0.3～2.0mm。
3.按權(quán)利要求1所述可使硬質(zhì)合金呈梯度結(jié)構(gòu)的滲碳劑；其特征在于所述碳酸鹽、碳酸氫鹽可以是Na或Ca、Ba、K、Mg、Al的碳酸鹽或碳酸氫鹽。
全文摘要
該發(fā)明屬于硬質(zhì)合金制品生產(chǎn)過(guò)程中熱處理用滲碳劑，由Al
文檔編號(hào)C23C8/00GK1526848SQ03135889
公開(kāi)日2004年9月8日 申請(qǐng)日期2003年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月24日
發(fā)明者劉詠, 羊建高, 王海兵, 張林秋, 龍鄭易, 李克林, 劉 詠 申請(qǐng)人:自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司