一種含表面低鈷層的硬質(zhì)合金產(chǎn)品的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種含表面低鈷層的硬質(zhì)合金產(chǎn)品的制備方法，包括：調(diào)整硬質(zhì)合金產(chǎn)品成分配比和改進(jìn)金屬碳化物與粘結(jié)金屬鈷的燒結(jié)工藝：將調(diào)整成分配比的原料進(jìn)行混合、壓制成型后燒結(jié)；調(diào)整硬質(zhì)合金產(chǎn)品的最高燒結(jié)溫度，抑制液態(tài)鈷在高溫?zé)Y(jié)階段從產(chǎn)品內(nèi)部向外溢出，避免產(chǎn)品表面形成富鈷層；在高溫?zé)Y(jié)階段對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分壓燒結(jié)，達(dá)到最高燒結(jié)溫度后，迅速往爐內(nèi)通入高壓氣體，實(shí)現(xiàn)快速冷卻。本發(fā)明能有效抑制液態(tài)鈷在高溫?zé)Y(jié)階段從產(chǎn)品內(nèi)部向外溢出，從而避免產(chǎn)品表面形成富鈷層，表面低鈷層無(wú)明顯的鈷聚集或者鈷偏析，鈷與金屬碳化物兩相分布均勻，從而大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量、加工效率及使用壽命，提升國(guó)產(chǎn)刀片替代進(jìn)口刀片的競(jìng)爭(zhēng)力。
【專利說(shuō)明】一種含表面低鈷層的硬質(zhì)合金產(chǎn)品的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種硬質(zhì)合金產(chǎn)品的制備工藝，特別是一種含表面低鈷層的硬質(zhì)合金產(chǎn)品的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]硬質(zhì)合金是指以難熔金屬碳化物與粘結(jié)金屬為主要成分，通過(guò)高溫?zé)Y(jié)而得到的一種具有高硬度、高紅硬性金屬材料。由于目前我們的粘結(jié)金屬主要使用的是金屬鈷，而金屬鈷屬于低熔點(diǎn)材料，在硬質(zhì)合金中主要起到粘結(jié)金屬的作用，因此的熔點(diǎn)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于難熔金屬碳化物。故在燒結(jié)后期的高溫?zé)Y(jié)階段金屬鈷會(huì)以液態(tài)的形勢(shì)出現(xiàn)，而燒結(jié)過(guò)程中我們爐內(nèi)的環(huán)境為高真空的環(huán)境，因此從該階段開(kāi)始便有液態(tài)鈷從產(chǎn)品內(nèi)部向外溢出，從而形成產(chǎn)品的表面富鈷層。而一種本體的鈷含量為10%左右的通用硬質(zhì)合金產(chǎn)品由于外表層的鈷含量偏高、以及碳化鎢顆粒偏細(xì)等因素在表面形成富鈷層。因此我們通過(guò)能譜儀對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)該牌號(hào)硬質(zhì)合金表面鈷含量達(dá)到45%-75%，已經(jīng)嚴(yán)重的超出了產(chǎn)品本身的10%鈷含量。眾所周知我們的硬質(zhì)合金主要是用于各種金屬以及硬質(zhì)材料的金屬加工，惡劣的工況環(huán)境對(duì)硬質(zhì)合金本身的硬度要求非常高，而合金表面層軟金屬鈷的出現(xiàn)就會(huì)使我們的硬質(zhì)合金產(chǎn)品在加工中出現(xiàn)不耐磨，使用壽命不高等現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)目前含表面富鈷層硬質(zhì)合金老產(chǎn)品的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種經(jīng)久耐磨、使用壽命高的含表面低鈷層的硬質(zhì)合金產(chǎn)品的制備方法。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種含表面低鈷層的硬質(zhì)合金產(chǎn)品的制備方法，包括:
(一)調(diào)整硬質(zhì)合金產(chǎn)品成分配比
[I] 一種含表面富鈷層的硬質(zhì)合金老產(chǎn)品的主要成分配比:
WC 粉:85%-95%
Co 粉:9.5%-10.5%
添加劑:碳化鉻:0.5%-1.0%
C 含量:5.60%-5.70%
WC 粒度:0.8um Co粉粒度〈1.5um 成型劑:聚乙二醇:2% ；
[I] 一種含表面低鈷層的硬質(zhì)合金新產(chǎn)品的主要成分配比:
WC 粉:88%-92%
Co 粉:9.8%-10.2% 添加劑:等量的碳化鉻及碳化鉭鈮:1.0%-2.0%
C 含量:5.60%-5.70%WC 粒度:0.8um Co粉粒度〈1.5um 成型劑:聚乙二醇:2% 。
[0005](二)改進(jìn)金屬碳化物與粘結(jié)金屬鈷的燒結(jié)工藝:
將難熔金屬碳化物與粘結(jié)金屬鈷，通過(guò)高溫?zé)Y(jié)而得到一種具有高硬度的硬質(zhì)合金，金屬鈷的熔點(diǎn)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于難熔金屬碳化物，在硬質(zhì)合金中主要起到粘結(jié)金屬的作用；故在燒結(jié)后期的高溫?zé)Y(jié)階段金屬鈷會(huì)以液態(tài)的形式出現(xiàn)，而燒結(jié)爐內(nèi)的環(huán)境為高真空的環(huán)境，因此在傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝高溫?zé)Y(jié)階段便有液態(tài)鈷從產(chǎn)品內(nèi)部向外溢出，從而形成產(chǎn)品表面的富鈷層，表面鈷含量達(dá)到45%-75%，已經(jīng)嚴(yán)重的超出了產(chǎn)品本身10%的鈷含量；
改進(jìn)的燒結(jié)工藝為:
[1]將調(diào)整成分配比的原料進(jìn)行混合；
[2]將混合好的原料壓制成型后燒結(jié)；
[3]調(diào)整硬質(zhì)合金產(chǎn)品的最高燒結(jié)溫度，硬質(zhì)合金的最高燒結(jié)溫度是以難熔的金屬碳化物完全被液相粘結(jié)金屬鈷潤(rùn)濕為最佳；然而碳化鎢被完全潤(rùn)濕的溫度是一個(gè)溫度區(qū)間，因此將該品牌硬質(zhì)合金最高燒結(jié)溫度在1400°C -1430°C之內(nèi)合理調(diào)整，能夠抑制液態(tài)鈷在高溫?zé)Y(jié)階段從產(chǎn)品內(nèi)部向外溢出，從而避免產(chǎn)品表面形成富鈷層；
[4]在高溫?zé)Y(jié)階段對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分壓燒結(jié):在燒結(jié)溫度達(dá)到1250°C后開(kāi)始分壓燒結(jié)65-105分鐘,壓力值為20mbar-50mbar,在產(chǎn)品達(dá)到最高燒結(jié)溫度后,迅速往爐內(nèi)通入惰性高壓(20bar_40bar)氣體,實(shí)現(xiàn)快速冷卻。
[0006]改進(jìn)的燒結(jié)工藝能有效抑制液態(tài)鈷在高溫?zé)Y(jié)階段從硬質(zhì)合金本體內(nèi)部向外溢出，從而確保產(chǎn)品表面形成的不是富鈷層、而是低鈷層；低鈷層的鈷含量百分比降至12%-25%，表面低鈷層無(wú)明顯的鈷聚集或者鈷偏析，金屬碳化物WC與粘結(jié)金屬鈷Co兩相分布均勻。
[0007]表面無(wú)富鈷的硬質(zhì)合金牌號(hào)在后續(xù)的物理涂層(PVD)中硬質(zhì)合金與涂層材料(TiN/TiALN)之間結(jié)合力高于表面富鈷硬質(zhì)合金的10%-15%，涂層后產(chǎn)品使用壽命得到大幅提聞。
[0008]本發(fā)明的有益效果:
1、含表面低鈷層的硬質(zhì)合金產(chǎn)品制備方法能有效抑制液態(tài)鈷在高溫?zé)Y(jié)階段從產(chǎn)品內(nèi)部向外溢出，從而避免產(chǎn)品表面形成富鈷層；產(chǎn)品表面低鈷層的鈷含量百分比降至12%-25%，表面低鈷層無(wú)明顯的鈷聚集或者鈷偏析，鈷與金屬碳化物兩相分布均勻，從而直接提高了該產(chǎn)品的加工效率及使用壽命。
[0009]2、該產(chǎn)品經(jīng)常用作涂層刀片的機(jī)體，表面低鈷硬質(zhì)合金在后續(xù)的涂層中，硬質(zhì)合金機(jī)體與涂層之間結(jié)合力高于表面富鈷硬質(zhì)合金的10%-15%，涂層后的產(chǎn)品質(zhì)量、使用性能及使用壽命得到大幅提高，大大提升國(guó)產(chǎn)刀片替代進(jìn)口刀片的競(jìng)爭(zhēng)力。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。[0011]圖1是含表面低鈷層的硬質(zhì)合金產(chǎn)品制備方法的流程示意圖。
[0012]圖2是采用新工藝的產(chǎn)品表面層圖片。[0013]圖3是采用老工藝的產(chǎn)品表面層圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施例1:1#含表面低鈷層的硬質(zhì)合金產(chǎn)品制備方法；
[I]含表面低鈷層硬質(zhì)合金產(chǎn)品的主要成分:
WC 粉:88%
Co 粉:10.2%
添加劑:等量的碳化鉻及碳化鉭鈮:1.2%
C 含量:5.60%
WC 粒度:0.8um Co粉粒度〈1.5um 成型劑:聚乙二醇:2% 。
[0015][2]燒結(jié)工藝調(diào)整:在燒結(jié)溫度達(dá)到1250°C后開(kāi)始分壓燒結(jié):1250°C，壓力值為20mbar燒結(jié)105分鐘；1350°C開(kāi)始分壓燒結(jié)，壓力值為40mbar燒結(jié)65分鐘；1400°C開(kāi)始分壓燒結(jié)，壓力值為50mbar燒結(jié)35分鐘；在產(chǎn)品達(dá)到最高燒結(jié)溫度1420°C后，迅速往爐內(nèi)通入惰性高壓(40bar)氣體,實(shí)現(xiàn)快速冷卻。 [0016][3]調(diào)整1#品牌硬質(zhì)合金產(chǎn)品的最高燒結(jié)溫度，硬質(zhì)合金的最高燒結(jié)溫度是以難熔的金屬碳化物完全被液相粘結(jié)金屬鈷潤(rùn)濕為最佳；然而碳化鎢被完全潤(rùn)濕的溫度是一個(gè)溫度區(qū)間，因此將該品牌硬質(zhì)合金最高燒結(jié)溫度在(1400°C -1430°C)區(qū)間之內(nèi)合理調(diào)整，能夠抑制液態(tài)鈷在高溫?zé)Y(jié)階段從產(chǎn)品內(nèi)部向外溢出，從而避免產(chǎn)品表面形成富鈷層。
[0017]改進(jìn)的燒結(jié)工藝能有效抑制液態(tài)鈷在高溫?zé)Y(jié)階段從硬質(zhì)合金本體I內(nèi)部向外溢出，從而確保產(chǎn)品表面形成的不是富鈷層、而是低鈷層2 ;低鈷層2的鈷含量百分比降至12%-25%，表面低鈷層2無(wú)明顯的鈷聚集或者鈷偏析，金屬碳化物WC與粘結(jié)金屬鈷Co兩相分布均勻。
[0018]實(shí)施例2: 2#含表面低鈷層的硬質(zhì)合金產(chǎn)品制備方法；
[I]硬質(zhì)合金牌號(hào)主要成分:
WC 粉:90%
Co 粉:10%
添加劑:等量的碳化鉻及碳化鉭鈮:1.5%
C 含量:5.70%
WC 粒度:0.8um Co粉粒度〈1.5um 成型劑:聚乙二醇:2%。
[0019][2]及[3]與實(shí)施例1相同。
[0020]實(shí)施例3: 3#含表面低鈷層的硬質(zhì)合金產(chǎn)品制備方法；
[I]硬質(zhì)合金牌號(hào)主要成分:
WC 粉:92%
Co 粉:9.8%
添加劑:等量的碳化鉻及碳化鉭鈮:1.8%C 含量:5.65%
WC 粒度:0.8um Co粉粒度〈1.5um 成型劑:聚乙二醇。
[0021][2]及[3]與實(shí)施例1相同。
[0022]經(jīng)外觀檢測(cè)3#品牌硬質(zhì)合金產(chǎn)品表面層無(wú)明顯的金屬鈷亮白色，產(chǎn)品呈正常的
灰白金屬顏色，通過(guò)掃描電鏡能譜儀檢測(cè)鈷的名義含量為10%-15%，基本接近產(chǎn)品的名義鈷
含量。具體如下表;
【權(quán)利要求】
1.一種含表面低鈷層的硬質(zhì)合金產(chǎn)品的制備方法，包括: (一)調(diào)整硬質(zhì)合金產(chǎn)品成分配比: (1)一種含表面富鈷層的硬質(zhì)合金老產(chǎn)品的主要成分配比: WC 粉:85%-95%
Co 粉:9.5%-10.5% 添加劑:碳化鉻:0.5%-1.0%
C 含量:5.60%-5.70% WC 粒度:0.8um Co粉粒度〈1.5um 成型劑:聚乙二醇:2% ； (2)—種含表面低鈷層的硬質(zhì)合金新產(chǎn)品的主要成分配比: WC 粉:88%-92%
Co 粉:9.8%-10.2% 添加劑:等量的碳化鉻及碳化鉭鈮:1.0%-2.0%
C 含量:5.60%-5.70%` WC 粒度:0.8um Co粉粒度〈1.5um 成型劑:聚乙二醇:2% ； (二)改進(jìn)金屬碳化物與粘結(jié)金屬鈷的燒結(jié)工藝: 將難熔金屬碳化物(WC粉)與粘結(jié)金屬鈷(Co粉)，通過(guò)高溫?zé)Y(jié)而得到一種具有高硬度的硬質(zhì)合金本體(I )，金屬鈷的熔點(diǎn)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于難熔金屬碳化物，在硬質(zhì)合金中主要起到粘結(jié)金屬的作用；故在燒結(jié)后期的高溫?zé)Y(jié)階段金屬鈷會(huì)以液態(tài)的形式出現(xiàn)，而燒結(jié)爐內(nèi)的環(huán)境為高真空的環(huán)境，因此在傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝高溫?zé)Y(jié)階段便有液態(tài)鈷從產(chǎn)品內(nèi)部向外溢出，從而形成產(chǎn)品表面的富鈷層，表面鈷含量達(dá)到45%-75%，已經(jīng)嚴(yán)重的超出了產(chǎn)品本身10%的鈷含量； 改進(jìn)的燒結(jié)工藝為: (1)將調(diào)整成分配比的原料進(jìn)行混合； (2)將混合好的原料壓制成型后燒結(jié)； (3)調(diào)整硬質(zhì)合金產(chǎn)品的最高燒結(jié)溫度，硬質(zhì)合金的最高燒結(jié)溫度是以難熔的金屬碳化物完全被液相粘結(jié)金屬鈷潤(rùn)濕為最佳；然而碳化鎢被完全潤(rùn)濕的溫度是一個(gè)溫度區(qū)間，因此將該品牌硬質(zhì)合金最高燒結(jié)溫度在1400°C _1430°C之內(nèi)合理調(diào)整，能夠抑制液態(tài)鈷在高溫?zé)Y(jié)階段從產(chǎn)品內(nèi)部向外溢出，從而避免產(chǎn)品表面形成富鈷層； (4)在高溫?zé)Y(jié)階段對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分壓燒結(jié):在燒結(jié)溫度達(dá)到1250°C后開(kāi)始分壓燒結(jié)15-45分鐘,壓力值為20mbar-50mbar,在產(chǎn)品達(dá)到最高燒結(jié)溫度后,迅速往爐內(nèi)通入惰性高壓(20bar_40bar)氣體,實(shí)現(xiàn)快速冷卻； 改進(jìn)的燒結(jié)工藝能有效抑制液態(tài)鈷在高溫?zé)Y(jié)階段從硬質(zhì)合金本體(1)內(nèi)部向外溢出，從而確保產(chǎn)品表面形成的不是富鈷層、而是低鈷層(2);低鈷層(2)的鈷含量百分比降至12%-25%，表面低鈷層(2)無(wú)明顯的鈷聚集或者鈷偏析，金屬碳化物(WC)與粘結(jié)金屬鈷(Co)兩相分布均勻；表面無(wú)富鈷的硬質(zhì)合金牌號(hào)在后續(xù)的物理涂層(PVD)中硬質(zhì)合金與涂層材料(TiN/TiALN)之間結(jié)合力高于表 面富鈷硬質(zhì)合金的10%-15%，涂層后產(chǎn)品使用壽命得到大幅提高。
【文檔編號(hào)】C22C29/08GK103774026SQ201310715146
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月23日
【發(fā)明者】李艷鑫 申請(qǐng)人:江西稀有稀土金屬鎢業(yè)集團(tuán)有限公司