一種表征WC-Co硬質合金混合料燒結活性的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種表征WC-Co硬質合金混合料燒結活性的方法，是將WC-Co硬質合金混合料成形為一定形狀的壓坯后進行預燒結，預燒結溫度為900～1100℃，測定預燒結后壓坯的矯頑磁力，以測定的矯頑磁力值表征WC-Co硬質合金混合料的燒結活性，矯頑磁力值大的WC-Co硬質合金混合料燒結活性大。本發(fā)明通過測定預燒結后硬質合金壓坯的矯頑磁力來表征硬質合金混合料的燒結活性，可以準確的表征硬質合金混合料的燒結活性，測試方便，分辨率高，能夠指導建立更科學合理的混合料濕磨工藝參數(shù)。
【專利說明】一種表征WC-Co硬質合金混合料燒結活性的方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及硬質合金材料制造【技術領域】，特別是涉及一種表征WC-C0硬質合金混合料燒結活性的方法。

【背景技術】
[0002]WC-Co硬質合金是指主要成份為碳化鎢和鈷的硬質合金，其余少量成份可以是碳化鉻、碳化釩、碳化鈮、碳化鈦和碳化鉭等。具有不同燒結活性的WC-Co硬質合金混合料，成形后在燒結過程中具有不同的燒結特征。燒結活性低的硬質合金混合料，成形后難以燒結形成無孔隙的硬質合金塊體；所制備的硬質合金中顯微結構也不均勻，容易出現(xiàn)孔洞、鈷池和鈷相分布不均的缺陷，力學性能較差。而燒結活性過高的硬質合金混合料，在燒結過程中容易出現(xiàn)WC晶粒異常長大的現(xiàn)象，引起硬質合金性能下降。因此，使硬質合金混合料具有合適的燒結活性，是制定混合料濕磨工藝的所必須考慮的因素。
[0003]WC-Co硬質合金混合料的燒結活性由WC粒度、WC晶體缺陷、Co的粒度、Co的缺陷和Co含量等多種因素共同決定，但這些因素對混合料燒結活性的影響比重不同，無法進行全部進行精確測定和定量計算。通常WC和Co粒度小、晶體中缺陷多、Co含量高的硬質合金混合料具有燒結活性大的特性。燒結活性適宜的硬質合金混合料，成形后的壓坯在燒結過程中容易燒結致密，形成無孔隙的硬質合金塊體；所制備的硬質合金顯微結構更為均勻，力學性能也很優(yōu)異。目前主要通過配料時WC和Co的粒度、Co含量、濕磨時間、球磨轉速和球料比(研磨球與混合料重量的比值)等綜合因素間接評估硬質合金混合料的燒結活性，準確度較差；也有通過燒結硬質合金的矯頑磁力來反映硬質合金混合料的燒結活性，但這種方法效果更差。與燒結活性小的低鈷硬質合金混合料相比，具有燒結活性大的高鈷硬質合金混合料，液相燒結后獲得的硬質合金塊體矯頑磁力值反而更小，所以檢測燒結硬質合金的矯頑磁力值也不能正確表征WC-Co硬質合金混合料的燒結活性。
[0004]由于目前沒有合適的方法來表征混合料的燒結活性，因而無法建立WC-Co硬質合金混合料燒結活性與球磨工藝參數(shù)間的定量關系。


【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術之不足，提供一種表征WC-Co硬質合金混合料燒結活性的方法，通過測定預燒結后硬質合金壓坯的矯頑磁力來表征硬質合金混合料的燒結活性，可以準確的表征硬質合金混合料的燒結活性，測試方便，分辨率高，能夠指導建立更科學合理的混合料濕磨工藝參數(shù)。
[0006]本發(fā)明解決其技術問題所米用的技術方案是:一種表征WC-Co硬質合金混合料燒結活性的方法，是將WC-Co硬質合金混合料成形為一定形狀的壓坯后進行預燒結，預燒結溫度為900~1100°C，測定預燒結后壓坯的矯頑磁力，以測定的矯頑磁力值表征WC-Co硬質合金混合料的燒結活性，矯頑磁力值大的WC-Co硬質合金混合料燒結活性大。
[0007]所述預燒結溫度為1000°C。
[0008]與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明的有益效果是:
[0009]目前主要通過配料時WC和Co的粒度、Co含量、濕磨時間、球磨轉速和球料比(研磨球與混合料重量的比值)等綜合因素間接評估硬質合金混合料的燒結活性，例如，在其他球磨工藝參數(shù)相同情況下，認為球磨時間長所制備的硬質合金混合料燒結活性就高，這種方法準確度較差；也有通過對硬質合金混合料中碳化鎢粉末的粒度比較來評估硬質合金混合料的燒結活性，但這種方法準確度更差，必須碳化鎢粉末的粒度相差非常大才能區(qū)分；也有通過燒結硬質合金的矯頑磁力來反映硬質合金混合料的燒結活性，但這種方法也有局限性，例如，與燒結活性小的低鈷硬質合金混合料相比，具有燒結活性大的高鈷硬質合金混合料，液相燒結后獲得的硬質合金塊體矯頑磁力更小，所以檢測燒結硬質合金的矯頑磁力也不能正確表征WC-Co硬質合金混合料。本發(fā)明通過測定預燒結后硬質合金壓坯的矯頑磁力來表征硬質合金混合料的燒結活性，可以準確的表征硬質合金混合料的燒結活性，測試方便，分辨率高，能夠指導建立更科學合理的混合料濕磨工藝參數(shù)。
[0010]以下結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明；但本發(fā)明的一種表征WC-C0硬質合金混合料燒結活性的方法不局限于實施例。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是WC-Co硬質合金制備過程的示意圖；
[0012]圖2(a)是實施例一編號為RD130100的混合料的電子顯微鏡照片(脫除石蠟成形劑后的顯微形貌)；
[0013]圖2(b)是實施例一編號為RD130101的混合料的電子顯微鏡照片(脫除石蠟成形劑后的顯微形貌)；
[0014]圖2(c)是實施例一編號為RD130102的混合料的電子顯微鏡照片(脫除石蠟成形劑后的顯微形貌)；
[0015]圖3是實施例一 3種混合料在不同溫度預燒結或燒結后的壓坯或合金坯的矯頑磁力值的分布圖；
[0016]圖4是實施例二 2種混合料在不同溫度預燒結或燒結后的壓坯或合金坯的矯頑磁力值的分布圖。

【具體實施方式】
[0017]實施例
[0018]本發(fā)明的一種表征WC-Co硬質合金混合料燒結活性的方法，是將WC-Co硬質合金混合料成形為一定形狀的壓坯后進行預燒結，預燒結溫度為900~1100°C，測定預燒結后壓坯的矯頑磁力，以測定的矯頑磁力值表征WC-Co硬質合金混合料的燒結活性，矯頑磁力值大的WC-Co硬質合金混合料燒結活性大。
[0019]進一步的，最佳預燒結溫度為1000°C。
[0020]WC-Co硬質合金是指主要成份為碳化鎢和鈷的硬質合金，其余少量成份可以是碳化鉻、碳化f凡、碳化銀、碳化鈦和碳化鉭等。WC-Co硬質合金是通過配料、濕磨、干燥制粒、成形和燒結等工藝制備而成。硬質合金混合料是經(jīng)過配料、濕磨、干燥制粒等工藝后可以直接用于壓制的物料?；旌狭系男阅艿暮脡膶τ操|合金產(chǎn)品的使用性能至關重要。
[0021]濕磨是將原料碳化鎢粉末、鈷粉末與研磨球、球磨介質(例如無水酒精)、有機成形劑等按照一定比例和次序加入到球磨機中進行混合和研磨；濕磨是制備硬質合金的重要工藝環(huán)節(jié)。在濕磨過程中，碳化鎢粉末與鈷粉末在硬質合金研磨球的作用下發(fā)生破碎和均勻混合。碳化鎢粉末的多晶團聚體在與研磨球摩擦和撞擊過程中，由大多晶體破碎變?yōu)樾尉w，并且晶體內部和表面缺陷增多，表面能升高。原料鈷粉末通常含有面心立方(fee)和密排六方(hep)兩種晶體結構,室溫下，hep相為穩(wěn)定相。fee晶體結構中具有12個滑移面，而hep晶體結構中僅有3個滑移面，對于fee相的鈷粉末，hep相的鈷粉末脆性更大。在濕磨過程中，鈷粉末在研磨球摩擦和撞擊作用下，會全部轉變?yōu)閔ep相；鈷粉粒度大幅減小，彌散分布在碳化鎢粉末顆粒周圍；鈷粉顆粒內部位錯密度增加，磁疇尺寸相應減小。
[0022]通過調整濕磨工藝中濕磨時間、球磨轉速、球料比(研磨球與混合料重量的比值)、固液比和研磨球直徑等因素，可以調整硬質合金混合料的球磨強度，進而改變整硬質合金混合料的燒結活性。
[0023]將濕磨后的WC-Co硬質合金混合料干燥、制料、壓制成形后進行燒結，可以制備成WC-Co硬質合金產(chǎn)品。硬質合金混合料中碳化鎢粉末和鈷粉末具有的巨大表面能，是硬質合金粉末壓坯能夠在燒結過程中轉變?yōu)橛操|合金塊體的主要驅動力，燒結溫度為這種燒結轉變提供了動力學條件。從混合料壓制到液相燒結，硬質合金制備過程示意圖見附圖1。具體燒結過程如下:從室溫開始，隨著溫度的升高，伴隨著有機成形劑的脫除，硬質合金壓坯中相鄰的高活性鈷粉顆粒間開始出現(xiàn)固相燒結,鈷粉顆粒內部位錯減少,磁疇尺寸增大。由于鈷粉的磁疇尺寸逐漸增大，經(jīng)過這個階段，冷卻后的硬質合金預燒坯矯頑磁力呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢。溫度繼續(xù)升高，從700-800°C開始，鈷粉開始沿著高活性碳化鎢粉末顆粒表面固相擴散 ，在分散的碳化鎢顆粒表面形成鈷薄膜(A.G.P.da Silva, ff.D.Schubert,B.Lux.The Role of the Binder Phase in the WC-Co Sintering.MaterialsResearch.2001,4(2):59-62.)。碳化鎢粉末和鈷粉末的粒徑越小、活性越高，形成鈷薄膜的溫度越低，相同預燒結溫度時形成的鈷薄膜面積越大。鈷薄膜的形成使鈷粉的磁疇尺寸變小、數(shù)目變大。經(jīng)過這個階段，冷卻后的硬質合金預燒結壓坯矯頑磁力呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢。隨著溫度繼續(xù)升高，鈷薄膜面積逐漸增大并完全包裹住非碳化鎢與碳化鎢顆粒燒結的表面。然后，硬質合金壓坯中碳化鎢與碳化鎢顆粒開始轉動、重排并逐漸靠攏，碳化鎢與碳化鎢顆粒之間的距離減小，填充在碳化鎢與碳化鎢顆粒之間的鈷薄膜厚度增大，孔隙逐漸減小和減少。出現(xiàn)液相燒結后，碳化鎢與碳化鎢顆粒之間的距離進一步減小，孔隙進一步減小直至消失。填充在碳化鎢與碳化鎢顆粒之間的鈷薄膜厚度進一步增大，并在孔隙完全消失后達到基本平衡，僅隨碳化鎢晶粒的緩慢長大而慢速增大。經(jīng)過這個階段，冷卻后的硬質合金矯頑磁力呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，并趨于基本平衡的趨勢。
[0024]從上述分析可知，從700-80(TC開始，到液相燒結前，在碳化鎢顆粒表面存在鈷薄膜形成、擴展和增厚的過程，這個過程與硬質合金混合料的燒結活性密切相關。燒結活性高的硬質合金混合料，鈷薄膜形成溫度低，在到達特定預燒結溫度時，形成的鈷薄膜表面積大，表現(xiàn)出來的就是預燒結壓坯矯頑磁力大。綜上，可以選擇特定預燒結溫度下，硬質合金預燒結壓坯的矯頑磁力來表征WC-Co硬質合金混合料的燒結活性。這種方法測試方便，分辨率高。通過表征WC-Co硬質合金混合料的燒結活性，能夠指導建立更科學合理的混合料濕磨工藝參數(shù)。
[0025]硬質合金壓坯、固相預燒結硬質合金塊體和液相燒結后的硬質合金塊體都具有一定的矯頑磁力，矯頑磁力主要是由鈷金屬中磁疇大小決定。當硬質合金壓坯、固相預燒結硬質合金塊體和液相燒結后的硬質合金塊體中鈷含量一定情況下，鈷金屬的磁疇越小，磁疇壁總數(shù)量越大，所表現(xiàn)出的矯頑磁力測試值越大。硬質合金壓坯中鈷金屬磁疇的大小與鈷粉粒度大小和研磨程度相關，液相燒結后的硬質合金塊體中鈷金屬磁疇的大小與平均鈷層厚度和相結構相關；而固相預燒結硬質合金塊體中鈷金屬磁疇的大小的影響因素與上述兩種情況均不同，主要由鈷粉在碳化鎢粉末表面鋪展形成的鈷膜表面積相關。
[0026]相對于硬質合金壓坯而言，發(fā)生部分固相燒結后的硬質合金塊體中研磨后的鈷粉末已經(jīng)開始在研磨后的碳化鎢粉末表面擴散鋪展，碳化鎢粉末和鈷粉末在研磨過程中形成的表面能越高和晶體缺陷越多，則鈷粉末開始在研磨后的碳化鎢粉末表面鋪展的起始溫度越低，相同固相預燒結溫度下，鈷粉末在碳化鎢粉末表面鋪展形成的鈷膜表面積越大，測定的矯頑磁力也越大；而硬質合金壓坯中研磨后的鈷粉末沒有在研磨后的碳化鎢粉末表面擴散鋪展，測定的矯頑磁力值僅僅只能反映鈷粉末在研磨后的表面能升高和晶體缺陷情況，無法評判碳化鎢粉末的表面能大小和晶體缺陷多少，因而也無法表征硬質合金混合料的矯頑磁力。
[0027]下面通過二個例子來進一步說明。
[0028]實施例一，
[0029]按照表1所列濕磨工藝制備3種燒結活性不同的硬質合金混合料，原料分別為碳化鎢粉末(Fsss:2.62 μ m)和鈷粉末(Fsss:0.83 μ m)。3種配料中均含有94% (重量百分比)碳化鎢粉末和6% (重量百分比)鈷粉末，濕磨時另加入配料總重的2% (重量百分比)石蠟做成形劑。
[0030]表1
[0031]

【權利要求】
1.一種表征WC-Co硬質合金混合料燒結活性的方法，其特征在于:是將WC-Co硬質合金混合料成形為一定形狀的壓坯后進行預燒結，預燒結溫度為900~1100°C，測定預燒結后壓坯的矯頑磁力，以測定的矯頑磁力值表征WC-Co硬質合金混合料的燒結活性，矯頑磁力值大的WC-Co硬質合金混合料燒結活性大。
2.根據(jù)權利要求1所述的 表征WC-Co硬質合金混合料燒結活性的方法，其特征在于:所述預燒結溫度為1000°C。
【文檔編號】C22C29/08GK104046821SQ201410200133
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月13日 優(yōu)先權日:2014年5月13日
【發(fā)明者】聶洪波, 曾祺森, 吳沖滸, 劉超, 馮炎建, 李文強, 肖滿斗, 文曉, 肖偉 申請人:廈門鎢業(yè)股份有限公司