專利名稱：硬質(zhì)合金塊體材料原位合成的工業(yè)化生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于硬質(zhì)合金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適于工業(yè)化生產(chǎn)的硬質(zhì)合金塊體材料原位合成技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，工業(yè)生產(chǎn)中最為常用的硬質(zhì)合金塊體材料的制備方法是將鎢氧化物經(jīng)過還原和長時(shí)間的高溫碳化處理制備WC粉末；對鈷氧化物粉末進(jìn)行還原處理制備出Co粉末； 進(jìn)而將兩種粉末進(jìn)行球磨混合，加入成形劑后壓制成型；最后在燒結(jié)設(shè)備中進(jìn)行燒結(jié)致密化制備塊體硬質(zhì)合金材料。然而，該方法存在工序多(至少五道主要工序)、流程長(至少七天以上)、易于引入雜質(zhì)、能源消耗量大等缺點(diǎn)。張久興等提出了基于放電等離子燒結(jié)技術(shù)合成制備WC-Co硬質(zhì)合金的方法(張久興、王澈、張國珍、鐘濤興，放電等離子原位合成WC硬質(zhì)合金方法，授權(quán)號ZL 200410003442.8 ；張久興、王澈、張國珍、宋曉艷、周美玲，WC-Co硬質(zhì)合金原位合成方法，公開號200510105685，然而，目前國內(nèi)外的放電等離子燒結(jié)設(shè)備數(shù)量還非常有限，且價(jià)格昂貴，最為重要的是放電等離子燒結(jié)技術(shù)目前尚處于研發(fā)階段，現(xiàn)階段只能用于實(shí)驗(yàn)室范圍內(nèi)小尺寸試樣的制備，進(jìn)行批量生產(chǎn)還存在很大的困難，而且其燒結(jié)機(jī)制與常用的燒結(jié)技術(shù)，如真空燒結(jié)、低壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)等存在根本性差別，尚無法推廣應(yīng)用到工業(yè)化制備規(guī)模。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種硬質(zhì)合金塊體材料原位合成的工業(yè)化生產(chǎn)方法，解決目前硬質(zhì)合金工業(yè)化生產(chǎn)中工藝復(fù)雜、流程長、能源消耗量大的問題。本發(fā)明以鎢氧化物、 鈷氧化物和炭黑為原料，按照最終硬質(zhì)合金塊體材料中Co含量的要求，考慮制備過程中Co 的蒸發(fā)量、損耗量以及粉末帶入氧化性氣體造成碳的損耗量，計(jì)算出上述三種原料的用量比，進(jìn)而利用球磨機(jī)將原料進(jìn)行混合球磨處理；根據(jù)燒結(jié)試樣的質(zhì)量要求和燒結(jié)損耗，計(jì)算混合粉末的質(zhì)量，充填入模型后于燒結(jié)爐中進(jìn)行原位還原碳化和燒結(jié)致密化，應(yīng)用初期低的燒結(jié)壓力和階段性保溫、階段性增加壓力的創(chuàng)新工藝路線，最終獲得致密的、相組成為WC 和Co純凈物相的WC-Co硬質(zhì)合金塊體材料。本發(fā)明制備WC-Co硬質(zhì)合金塊體材料的技術(shù)路線既具有工藝步驟簡單、流程短、節(jié)能環(huán)保等突出優(yōu)勢，又可實(shí)現(xiàn)硬質(zhì)合金的工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。因此，本發(fā)明對硬質(zhì)合金領(lǐng)域的科學(xué)研究和技術(shù)產(chǎn)業(yè)化均具有重要的實(shí)用價(jià)值。本發(fā)明提供的適于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的短流程硬質(zhì)合金塊體材料的原位合成方法， 包括以下步驟(1)以W02.9、Co304和炭黑為原料，根據(jù)制備材料Co含量的要求、制備過程中Co的蒸發(fā)、損耗量及C的還原損耗量，計(jì)算上述三種原料用量比，假設(shè)Co的質(zhì)量百分比為
(η = 6-20)，Co量的蒸發(fā)和被壓入模具的損耗為(m = 0-3. 0)，碳量的損耗為ρ % (ρ =0-0. 5)，三種原料的質(zhì)量比則為 1. 18(100-n-nm%) 1. 36n(l+m%) (25. 60-0. 23η (1+m% )) (l+p% )，將原料進(jìn)行球磨混合。(2)根據(jù)最終坯料的質(zhì)量要求，考慮燒結(jié)過程中混合粉末發(fā)生還原碳化反應(yīng)，釋放氣體造成材料質(zhì)量的減少和粉末的燒結(jié)損耗系數(shù)k(k = 1. 0-1. 2)，計(jì)算所需原料粉末質(zhì)量，燒結(jié)后試樣質(zhì)量與原料粉末質(zhì)量比為1 1. 35k(100-n-nm% ) %。(3)熱壓燒結(jié)工藝為將一定量的混合粉末放入模具中，以升溫速率為10-50°C / min升至350-400°C，保溫0. 5-1小時(shí)，壓力為10_30MPa ；然后升溫至750-1000°C，保溫2_3 小時(shí)；再以5-10°C /min的升溫速率升溫至1200-1500°C并增大燒結(jié)壓力至30_80MPa，保溫保壓30-90分鐘；最后，保壓冷卻至1150°C以下，撤壓、冷卻到室溫。真空燒結(jié)工藝為將一定量的混合粉末放入模具中進(jìn)行冷壓后，將模具和壓坯一起放入真空爐中，升溫至350-400°C保溫0. 5-1小時(shí)，然后以5_10°C /min的速率升溫至 750-1000°C，保溫2-3小時(shí)；再升溫至1300-1500°C保溫1_5小時(shí)，最后隨爐冷卻至室溫。低壓燒結(jié)工藝為升溫至350-400°C保溫0. 5-1小時(shí)；然后以5_10°C /min的速率升溫至750-1000°C保溫2-3小時(shí)；隨后以3_10°C /min的速率升溫至1310_1470°C，保溫 20-40min后，充入2_5MPa氮?dú)饣驓鍤?，保溫保?0-40min ；最后隨爐冷卻至室溫。熱壓燒結(jié)工藝時(shí)，參數(shù)m、P、k的取值范圍為m = 1.0-3.0, ρ = 0-0.3, k =
1. o-l. 2。真空燒結(jié)工藝時(shí)，參數(shù)m、ρ、k的取值范圍m = 0-0. 8，p = 0-0. 2, k = 1.0-1. 1。低壓燒結(jié)工藝時(shí)，參數(shù)m、ρ、k的取值范圍m = 1.0-2. 5，ρ = 0. 2-0. 5，k =
1. o-l. 2。本發(fā)明是以金屬氧化物和炭黑為原料，原位合成物相純凈、致密的硬質(zhì)合金塊體材料的工業(yè)化制備技術(shù)路線，與現(xiàn)有的硬質(zhì)合金制備方法相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢(1)本發(fā)明與現(xiàn)有硬質(zhì)合金塊體材料工業(yè)化制備方法相比，在不增加設(shè)備投入的基礎(chǔ)上，使制備工序減少至原來的四分之一到七分之一，流程縮短至原來的20-40%，同時(shí)， 可減少生產(chǎn)過程中雜質(zhì)的引入，利于獲得相純凈、性能優(yōu)良的硬質(zhì)合金。(2)本發(fā)明通過原位反應(yīng)一步合成制備硬質(zhì)合金塊體材料，有效減少現(xiàn)有硬質(zhì)合金制備過程中廢氣和廢液的排放，具有流程短、能耗少、節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，尤其是本發(fā)明的技術(shù)參數(shù)可控性強(qiáng)，可調(diào)控最終制備的硬質(zhì)合金塊體材料的性能；(3)本發(fā)明充分考慮了鈷含量的要求和制備過程中鈷的蒸發(fā)和損耗以及碳的損耗，通過精確的理論計(jì)算，保證原料中合理的Co含量和碳含量；根據(jù)氧化物和碳反應(yīng)過程的吉布斯自由能計(jì)算，可設(shè)計(jì)優(yōu)化燒結(jié)工藝參數(shù)，確保氧化物粉末的充分還原和碳化，在此階段采用較低的壓力或不加壓，保證反應(yīng)產(chǎn)生的氣體順利排出；最后在燒結(jié)溫度下進(jìn)行保溫，確保未反應(yīng)粉末的進(jìn)一步反應(yīng)完全和反應(yīng)后粉末的燒結(jié)致密化，最終獲得物相純凈和致密度高的硬質(zhì)合金塊體材料。(4)本發(fā)明與本課題組制備粉末的專利“一種簡單快速的超細(xì)WC-Co復(fù)合粉的制備方法(ZL 200610165554. ”相比較，在制備對象、技術(shù)步驟和工藝流程上存在本質(zhì)性不同。首先，已有專利是一種制備粉末材料的方法，而本發(fā)明是一種制備塊體材料的方法；其次，原料成分配比存在關(guān)鍵性差別。已有制粉專利(ZL 200610165554. 2)制粉過程的真空熱處理溫度相對較低，制備過程不使用模具，且對最終制備粉末的重量要求不高，因此只需根據(jù)制備粉末的Co含量確定氧化物的比例及配碳量，保證相的純度即可。而本發(fā)明的目的是制備滿足性能和尺寸要求的塊體材料，除了要考慮制備粉末的Co含量外，必須通過實(shí)驗(yàn)確定制備過程中Co的損耗及高溫下Co的蒸發(fā)、碳的損耗，以及粉末損耗對試樣尺寸的影響，以此確定氧化物的比例及配碳量，才能保證獲得相純凈和尺寸合格的試樣；最后，已有制粉專利(ZL 200610165554. 2)是通過真空熱處理制備超細(xì)WC-Co復(fù)合粉，在熱處理過程中必須保證粉末反應(yīng)完全，若以此工藝制備的復(fù)合粉末為原料燒結(jié)制備硬質(zhì)合金塊體，需增加球磨工藝使粉末進(jìn)一步混合均勻，而且燒結(jié)過程中只有WC和Co粉末的致密化過程，沒有原位反應(yīng)過程；本發(fā)明是以鎢鈷氧化物粉末為原料一步合成制備出硬質(zhì)合金塊體材料的新技術(shù)，還原碳化和致密化過程同步進(jìn)行，通過氧化物粉末的處理和燒結(jié)工藝的控制可分別制備傳統(tǒng)粗晶、細(xì)晶和超細(xì)晶硬質(zhì)合金塊體材料。由此可見，本技術(shù)的氧化物還原碳化和燒結(jié)過程交叉進(jìn)行，減少了雜質(zhì)的引入和縮短了工藝過程，確保制備的硬質(zhì)合金塊體材料的相純凈和高致密度。(5)本發(fā)明與放電等離子燒結(jié)原位制備技術(shù)(專利ZL 200410003442. 8和 200510105685)對比，具有本質(zhì)性差別。首先，在制備機(jī)理上，放電等離子燒結(jié)是將壓力和高電流低電壓的直流脈沖電源直接加在上下壓頭和模具上，電流通過時(shí)粉末自身產(chǎn)生焦耳熱，在電場、磁場的共同作用下通過反應(yīng)燒結(jié)制備出硬質(zhì)合金塊體材料，而且，由于電流的集膚效應(yīng)和材料與模具導(dǎo)電性的差異，可能造成試樣內(nèi)部的溫度不均勻，進(jìn)而造成其組織和性能不均勻；其次，放電等離子燒結(jié)方法目前僅限于實(shí)驗(yàn)室范圍內(nèi)小尺寸試樣的制備； 而本發(fā)明在工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備上進(jìn)行，粉末的熱量完全來源于設(shè)備的發(fā)熱原件，燒結(jié)過程中的反應(yīng)和燒結(jié)致密化過程基本由燒結(jié)溫度決定，因此，本發(fā)明的原位合成過程易于控制，尤其是技術(shù)本身可用于不同尺寸試樣的工業(yè)化規(guī)模化生產(chǎn)。


表1本發(fā)明制備的硬質(zhì)合金塊體材料的性能；圖1實(shí)施例1中制備的WC_6wt. % Co硬質(zhì)合金塊體材料的XRD圖譜和掃描電鏡照片；圖2實(shí)施例2制備的WC-IOwt. % Co硬質(zhì)合金塊體材料的XRD圖譜和掃描電鏡照片；圖3實(shí)施例3制備的WC_15wt. % Co硬質(zhì)合金塊體材料的XRD圖譜和掃描電鏡照片；圖4對比實(shí)施例4中本發(fā)明制備的WC-IOwt. % Co硬質(zhì)合金塊體材料的金相組織照片和ZL 200610165554. 2制備的WC-IOwt. % Co硬質(zhì)合金粉末的形貌照片；圖5對比實(shí)施例5中本發(fā)明制備的WC_16wt. % Co硬質(zhì)合金塊體材料的斷口掃描照片和ZL 200610165554. 2制備的WC_16wt. % Co硬質(zhì)合金粉末的形貌照片；圖6對比實(shí)施例6中采用本發(fā)明技術(shù)制備的WC_6wt. % Co硬質(zhì)合金塊體材料組織和硬度測試部位的示意圖、沿試樣的軸向和徑向的硬度分布、0點(diǎn)和A點(diǎn)區(qū)域的掃描電鏡圖；圖7對比實(shí)施例6中采用ZL 200410003442. 8技術(shù)制備的WC_6wt. % Co硬質(zhì)合金塊體材料的軸向和徑向的硬度分布圖、0點(diǎn)和A點(diǎn)區(qū)域的掃描電鏡圖。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例進(jìn)一步解釋了本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。所有實(shí)施例中均以W02.9、Co3O4和炭黑為原料。初始W02.9粉末的平均粒徑約為40 微米，純度為99. 5wt% (由贛州海盛鎢鉬有限公司生產(chǎn))，Co3O4粉末的平均粒徑約為25 微米，純度為98. 5wt% (由北京化工廠生產(chǎn))，炭黑粉末的平均粒徑約為60微米，純度為 99. 8wt% (由株洲硬質(zhì)合金集團(tuán)有限公司生產(chǎn))。例1 最終產(chǎn)品為WC_6wt. % Co (YG6)硬質(zhì)合金塊體材料。根據(jù)YG6硬質(zhì)合金中 Co含量的要求，依照熱壓燒結(jié)中Co損耗1.5% (m= 1.5)，總碳含量增加0.2% (p = 0. 2) 和材料損耗系數(shù)為k = 1.02的實(shí)際條件，按照質(zhì)量比為110.81 8. 28 24. 20將W02.9、 Co3O4和炭黑進(jìn)行球磨混合，進(jìn)而根據(jù)燒結(jié)后試樣質(zhì)量和混合粉末質(zhì)量比為1 1. 的比例將氧化物混合粉末稱重后充填入模具中，在熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)。其熱壓燒結(jié)工藝參數(shù)為壓力lOMPa，以升溫速率為30°C /min升溫至375°C，保溫1小時(shí)；然后升溫至1000°C， 保溫3小時(shí)；再以10°C /min的升溫速率升至1450°C，并增加壓力至30MPa，保溫保壓60分鐘；最后保壓冷卻至1050°C后，撤壓、冷卻至室溫。由上述工藝制備得到的YG6硬質(zhì)合金塊體材料的XRD圖譜和顯微組織形貌見圖1，材料性能參數(shù)見表1。例2 最終產(chǎn)品為WC-lOwt. % Co (YGlO)硬質(zhì)合金塊體材料。根據(jù)YGlO硬質(zhì)合金中Co含量的要求，依照真空燒結(jié)中Co損耗0.3% (m = 0.3)，總碳含量增加0.15% (ρ = 0. 15)和材料損耗系數(shù)為k = 1. 00的實(shí)際條件，按照質(zhì)量比為106. 16 13. 64 23. 64將 W02.9、Co304和炭黑進(jìn)行球磨混合，根據(jù)燒結(jié)后試樣質(zhì)量和混合粉末質(zhì)量比為1 1.22的比例將氧化物混合粉末稱重后，充填入模具中進(jìn)行冷壓后，將模具和粉末一起在真空燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)。真空燒結(jié)的工藝參數(shù)為升溫至375°C，保溫1小時(shí)；然后以8°C /min的升溫速率至950°C，保溫2小時(shí)；再升溫至1400°C，保溫1.5小時(shí)；最后隨爐冷卻至室溫。由上述工藝制備得到的YGlO硬質(zhì)合金塊體材料的XRD圖譜和顯微組織形貌見圖2，材料性能參數(shù)見表1。例3 最終產(chǎn)品為WC_15wt. % Co (YG15)硬質(zhì)合金塊體材料。根據(jù)YG15硬質(zhì)合金中 Co含量的要求，依照低壓燒結(jié)中Co損耗2. 5% (m = 2. 5)，總碳含量增加0. 3% (p = 0. 3) 和材料損耗系數(shù)為k = 1. 05的實(shí)際條件，按照質(zhì)量比為99. 86 20. 91 22. 05將W02.9、 Co3O4和炭黑進(jìn)行球磨混合，根據(jù)燒結(jié)后試樣質(zhì)量和混合粉末質(zhì)量比為1 1.20的比例將氧化物混合粉末稱重后充填入模具中，在低壓燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)的工藝參數(shù)為升溫至400°C保溫1小時(shí)；然后以7°C /min的速率升溫至980°C，保溫3小時(shí)；隨后以3°C /min 的升溫速率升溫至1450°C，保溫40min后，充入5MPa氬氣，保溫保壓30min ；最后隨爐冷卻至室溫。由上述工藝制備的YG15硬質(zhì)合金塊體材料的XRD圖譜和顯微組織形貌見圖3，材料性能參數(shù)見表1。例4 與本課題組已有專利(ZL 200610165554. 2)的對比實(shí)驗(yàn)以WC-lOwt. % Co (YGlO)硬質(zhì)合金為例。本發(fā)明根據(jù)熱壓燒結(jié)中Co損耗2.5% (m = 2. 5)，總碳含量增加0. 15 % (p = 0. 15)和材料損耗系數(shù)為k = 1. 1的實(shí)際條件，按照質(zhì)量比為 105.88 13.97 23. 23的比例將W02.9、Co304和炭黑進(jìn)行球磨混合，根據(jù)燒結(jié)后試樣質(zhì)量和混合粉末質(zhì)量比為1 1.33的比例將氧化物混合粉末稱重后充填入模具中，在熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)工藝參數(shù)為壓力20MPa，以升溫速率為25°C /min升溫至350°C，保溫0. 5小時(shí)；然后升溫至850°C，保溫2. 5小時(shí)；再以10°C /min的升溫速率升溫至1420°C，增加壓力至80MPa，保溫保壓50分鐘；最后保壓冷卻至1150°C后，撤壓、冷卻至室溫。得到塊體材料的金相組織形貌見圖4(a)。根據(jù)本課題組的專利“一種簡單快速的超細(xì)WC-Co復(fù)合粉的制備方法(ZL 200610165554. 2) ”，按照一定的質(zhì)量比將W02.9、Co304和炭黑進(jìn)行球磨混合，在真空干燥箱中干燥25小時(shí)后置于真空反應(yīng)爐中，在真空度為0. 003Pa的條件下，以 300C /min的升溫速率升溫至1100°C，保溫3. 5小時(shí)。制備的YGlO硬質(zhì)合金粉末材料的微觀組織形貌見圖4(b)。例5 與本課題組已有專利(ZL 200610165554. 2)的對比實(shí)驗(yàn)以WC_16wt. % Co(YG16)硬質(zhì)合金為例。根據(jù)YG16硬質(zhì)合金中Co含量的要求，依照真空燒結(jié)中Co損耗 0.6% (m = 0.6),總碳含量增加0. (p = 0. 1)和材料損耗系數(shù)為k = 1. 05的實(shí)際條件，按照質(zhì)量比為99.00 21.89 21. 89將W02.9、Co3O4和炭黑進(jìn)行球磨混合，根據(jù)燒結(jié)后試樣質(zhì)量和混合粉末質(zhì)量比為1 1.19的比例將氧化物混合粉末稱重后，充填入模具中進(jìn)行冷壓后，將模具和粉末一起在真空燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)。真空燒結(jié)的工藝參數(shù)為升溫至400°C，保溫0. 5小時(shí)；然后以5°C /min的升溫速率至900°C，保溫2. 5小時(shí)；再升溫至 1450°C，保溫3小時(shí)；最后隨爐冷卻至室溫。由上述工藝制備得到的YG16硬質(zhì)合金塊體材料的斷口形貌見圖5(a)。根據(jù)本課題組的專利“一種簡單快速的超細(xì)WC-Co復(fù)合粉的制備方法(ZL 200610165554. 2) ”，按照一定的質(zhì)量比將W02.9、Co3O4和炭黑進(jìn)行球磨混合，在真空干燥箱中干燥35小時(shí)后置于真空反應(yīng)爐中，在真空度為0. 004Pa的條件下，以20°C /min 的升溫速率升溫至1150°C，保溫4小時(shí)。制備的YG16硬質(zhì)合金粉末材料的微觀組織形貌見圖 5(b)。例6 本發(fā)明與已有專利ZL 200410003442. 8制備試樣內(nèi)部的組織和性能均勻性對比最終產(chǎn)品為Φ 45 X 4mm的WC_6wt. % Co (YG6)硬質(zhì)合金塊體材料。根據(jù)YG6硬質(zhì)合金中Co含量的要求，依照低壓燒結(jié)中Co損耗2. 0% (m = 2. 0)，總碳含量增加0. 3% (p = 0.3)和材料損耗系數(shù)為k= 1.02的實(shí)際條件，按照質(zhì)量比為110.78 8. 32 24. 19將 W02.9、Co3O4和炭黑進(jìn)行球磨混合，根據(jù)燒結(jié)后試樣質(zhì)量和混合粉末質(zhì)量比為1 1. 的比例將氧化物混合粉末稱重后充填入模具中，在低壓燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)的工藝參數(shù)為升溫至380°C保溫1小時(shí)；然后以6°C /min的速率升溫至960°C，保溫2. 5小時(shí)；隨后以 80C /min的升溫速率升溫至1430°C，保溫40min后，充入4MPa氬氣，保溫保壓40min ；最后隨爐冷卻至室溫。由上述工藝制備出YG6硬質(zhì)合金塊體材料不同部位的顯微組織形貌和性能見圖6 組織和硬度測試部位的示意圖(如圖6a)、沿試樣的軸向和徑向(圖6a中Y和X 方向)的硬度分布(如圖6b)、圖6 (a)中所示0點(diǎn)(試樣中心)和A點(diǎn)(試樣表面)區(qū)域的掃描電鏡圖(如圖60和6A)。以專利ZL 20041000；3442. 8的制備工藝制備試樣將質(zhì)量百分比85%的WO3和 13%的CoO粉加入15%的炭黑混和同時(shí)按常規(guī)工藝加入乙醇潤濕，球磨至粒度0.8微米以下后烘干；裝模具，在放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進(jìn)行燒結(jié)，抽真空至4Pa，在100°C /min下快速升溫至850°C，然后以60°C /min升溫至1100°C，待真空度恢復(fù)至4Pa，加壓50MPa，在 1250°C下保溫aiiin冷卻后得WC硬質(zhì)合金塊體材料不同部位的顯微組織形貌和性能見圖7 WC-6wt. % Co硬質(zhì)合金塊體材料的軸向和徑向(如圖6a所示Y和X方向)的硬度分布圖見圖7a、圖6(a)中所示0點(diǎn)(試樣中心)和A點(diǎn)(試樣表面)區(qū)域的掃描電鏡圖見圖70和7A。 表1不同實(shí)施例制備硬質(zhì)合金的性能參數(shù)
權(quán)利要求
1.硬質(zhì)合金塊體材料原位合成的工業(yè)化生產(chǎn)方法，其特征在于，包括以下步驟(1)以W02.9、Co304和炭黑為原料，根據(jù)制備材料Co含量的要求、制備過程中Co的蒸發(fā)、 損耗量及C的還原損耗量，計(jì)算上述三種原料用量比，假設(shè)Co的質(zhì)量百分比為，Co量的蒸發(fā)和被壓入模具的損耗為m%，碳量的損耗為p%，三種原料的質(zhì)量比則為1. 18(100-n-n m%) 1. 36n(l+m%) 60-0· 23n(l+m% )) (l+p% )，將原料進(jìn)行球磨混合 η = 6_20，m =0-3. 0，ρ = 0-0. 5 ；(2)根據(jù)最終坯料的質(zhì)量要求，考慮燒結(jié)過程中混合粉末發(fā)生還原碳化反應(yīng)，釋放氣體造成材料質(zhì)量的減少和WC、Co粉末的燒結(jié)損耗系數(shù)k，計(jì)算所需原料粉末質(zhì)量，燒結(jié)后試樣質(zhì)量與原料粉末質(zhì)量比為1 1. 35k(100-n-nm% ) %, k = 1. 0-1. 2 ；(3)熱壓燒結(jié)工藝為將一定量的混合粉末放入模具中，以升溫速率為10-50°C/min升至350-4000C，保溫0. 5-1小時(shí)，壓力為10_30MPa ；然后升溫至750_1000°C，保溫2-3小時(shí)； 再以5-10°C /min的升溫速率升溫至1200-1500°C并增大燒結(jié)壓力至30_80MPa，保溫保壓 30-90分鐘；最后，保壓冷卻至1150°C以下，撤壓、冷卻到室溫；真空燒結(jié)工藝為將一定量的混合粉末放入模具中進(jìn)行冷壓后，將模具和壓坯一起放入真空爐中，升溫至350-400°C保溫0. 5-1小時(shí)，然后以5_10°C /min的速率升溫至 750-1000°C，保溫2-3小時(shí)；再升溫至1300-1500°C保溫1_5小時(shí)，最后隨爐冷卻至室溫；低壓燒結(jié)工藝為升溫至350-400°C保溫0. 5-1小時(shí)；然后以5_10°C /min的速率升溫至750-1000°C保溫2-3小時(shí)；隨后以3_10°C /min的速率升溫至1310_1470°C，保溫 20-40min后，充入2_5MPa氮?dú)饣驓鍤?，保溫保?0-40min ；最后隨爐冷卻至室溫。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，熱壓燒結(jié)工藝時(shí)，參數(shù)m、ρ、k的取值范圍為 m = 1. 0-3. 0，ρ = 0-0. 3，k = 1. 0-1. 2。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，真空燒結(jié)工藝時(shí)，參數(shù)m、p、k的取值范圍m=0-0. 8，P = 0-0. 2，k = 1. 0-1. 1。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，低壓燒結(jié)工藝時(shí)，參數(shù)m、p、k的取值范圍m= 1. 0-2. 5，ρ = 0. 2-0. 5，k = 1. 0-1. 2。
全文摘要
硬質(zhì)合金塊體材料原位合成的工業(yè)化生產(chǎn)方法，屬于硬質(zhì)合金技術(shù)領(lǐng)域。以WO2.9、Co3O4和炭黑為原料，按照最終Co含量的要求，考慮制備過程中Co的蒸發(fā)量、損耗量以及粉末帶入氧化性氣體造成碳的損耗量，計(jì)算出上述三種原料的用量比，將原料進(jìn)行球磨混合，燒結(jié)過程中造成材料質(zhì)量的減少和WC、Co粉末的燒結(jié)損耗系數(shù)k，計(jì)算所需原料粉末質(zhì)量；采用熱壓燒結(jié)工藝、真空燒結(jié)工藝或低壓燒結(jié)工藝應(yīng)用初期低的燒結(jié)壓力和階段性保溫、階段性增加壓力，即可得到硬質(zhì)合金塊體材料。本發(fā)明工藝步驟簡單、流程短、節(jié)能環(huán)保，又可實(shí)現(xiàn)硬質(zhì)合金的工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號C22C29/08GK102517483SQ20111042161
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者付軍, 劉雪梅, 宋曉艷, 王海濱, 王瑤, 高楊, 魏崇斌 申請人:北京工業(yè)大學(xué)