專(zhuān)利名稱(chēng)：多物理場(chǎng)耦合作用下快速燒結(jié)制備WC-Co硬質(zhì)合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多物理場(chǎng)耦合作用下快速燒結(jié)制備碳化鎢-鈷(WC-C0)硬質(zhì)合金的方法，屬于快速燒結(jié)制備硬質(zhì)合金的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
硬質(zhì)合金具有高硬度和紅硬性、高彈性模量、高耐磨性，是目前最主要的切削刀具材料，號(hào)稱(chēng)“工業(yè)的牙齒”。目前，國(guó)際和國(guó)內(nèi)關(guān)于硬質(zhì)合金的制備主要通過(guò)傳統(tǒng)的粉末冶金工藝方法生產(chǎn)的。其制作過(guò)程為粉末的制備一粉末預(yù)處理一粉末預(yù)壓成型一燒結(jié)一后處理。由于粉末體系中添加了橡膠或石蠟等添加劑，所以在燒結(jié)過(guò)程中為了去除雜質(zhì)，需要r2小時(shí)的中間保溫預(yù)燒；同時(shí)在燒結(jié)過(guò)程中還需要通過(guò)特殊的燒結(jié)工藝和其他金屬元素 來(lái)抑制晶粒的長(zhǎng)大以便獲得更加優(yōu)良的硬質(zhì)合金。因此，采用傳統(tǒng)的粉末冶金方法制備硬質(zhì)合金工藝復(fù)雜,產(chǎn)品合格率低且成產(chǎn)效率不高,材料消耗大等缺點(diǎn)而導(dǎo)致生產(chǎn)成本高，同時(shí)傳統(tǒng)的方法對(duì)環(huán)境造成一定的污染。周建等人在中國(guó)專(zhuān)利CN 101007346A中采用了微波磁場(chǎng)結(jié)合微波電場(chǎng)的燒結(jié)方法制備WC-Co硬質(zhì)合金，該方法雖然將燒結(jié)時(shí)間縮短到了幾十分鐘，可有效地控制WC-Co的晶粒長(zhǎng)大的問(wèn)題，但是工藝過(guò)程依然包含生坯的壓制環(huán)節(jié)，粉末體系中的添加劑阻礙了產(chǎn)品性能的進(jìn)一步提聞。21世紀(jì)以來(lái)，隨著科技的進(jìn)步和工藝手段的不斷更新，電場(chǎng)燒結(jié)以其快速、高效的特點(diǎn)備受關(guān)注。楊屹等人在中國(guó)專(zhuān)利ZL 200510020794. 9中利用電場(chǎng)低溫快速燒結(jié)釹鐵硼磁體坯體并使其實(shí)現(xiàn)致密化。該方法是將事先球磨好的釹鐵硼合金細(xì)粉裝入模具中，經(jīng)磁場(chǎng)取向后壓制成坯體，然后將坯體放置于電加熱設(shè)備中，利用電流直接通過(guò)坯體對(duì)其急速加熱，使坯體內(nèi)組元在50(T90(TC下，持續(xù)燒結(jié)51分鐘即可完成坯體的致密化過(guò)程。該方法使磁體的制造周期短、效率高，能耗也大大降低。但是該方法的工藝流程包括生坯的制備環(huán)節(jié)，在燒結(jié)過(guò)程中無(wú)外加力場(chǎng)條件，胚體能否被良好燒結(jié)，在很大程度上依賴(lài)于壓坯的初始密度，初始密度越低，試樣最終燒結(jié)致密性越差，其相應(yīng)的物理化學(xué)性能和力學(xué)性能也要大受影響。其次在燒結(jié)的過(guò)程中對(duì)坯體進(jìn)行了數(shù)分鐘的保溫，這在較小程度上提高了燒結(jié)體性能的同時(shí)延長(zhǎng)了燒結(jié)時(shí)間。楊屹等人在《熱加工工藝》2010年12期上發(fā)表題為“電場(chǎng)作用下預(yù)設(shè)燒結(jié)溫度對(duì)WC-Co體系燒結(jié)的影響”的論文，成功制得了具有高性能的燒結(jié)WC-Co硬質(zhì)合金。該方法是先將WC-Co粉末制成壓坯，然后利用電流直接通過(guò)壓坯，使壓坯急速加熱，在較低溫度下(IOO(TC)使壓坯內(nèi)組元快速致密化，并獲得超細(xì)晶粒。該方法雖然顯著縮短了 WC-Co燒結(jié)成型的時(shí)間(由傳統(tǒng)粉末冶金方法的1.5 3小時(shí)縮短到了 51分鐘左右)，但是該方法的工藝流程依然包括生坯的制備環(huán)節(jié)，胚體能否被良好燒結(jié)，在很大程度上依賴(lài)于壓坯的初始密度，初始密度越低，試樣最終燒結(jié)致密性越差，其相應(yīng)的物理化學(xué)性能和力學(xué)性能也要大受影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)目前WC-Co硬質(zhì)合金制備所存在的問(wèn)題和不足，諸如工序復(fù)雜、制備周期長(zhǎng)、成型溫度高、產(chǎn)品合格率低，原材料對(duì)添加劑的依賴(lài)而導(dǎo)致產(chǎn)品純度不高，對(duì)環(huán)境造成一定的污染，且燒結(jié)過(guò)程中晶粒長(zhǎng)大等缺陷，而提供一種多物理場(chǎng)耦合作用下快速燒結(jié)制備WC-Co硬質(zhì)合金的方法。本發(fā)明的目的由以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)，其中所述原料份數(shù)除特殊說(shuō)明外，均為重量份數(shù)。多物理場(chǎng)耦合作用下快速燒結(jié)制備WC-Co硬質(zhì)合金的方法，其特征在于該方法是先將WC Co=84^94 16飛的重量比粉末混合均勻，稱(chēng)量后裝填于模具中，然后在升溫速度為15 100°C /s，優(yōu)選升溫速度為2(T80°C /s，真空度彡0.01 Pa的燒結(jié)條件下，對(duì)裝有WC-Co粉末的模具通交流電進(jìn)行急速加熱，同時(shí)在模具兩端施以IOlOOMPa的作用力，優(yōu)選外加壓力為5(Tl50MPa，在電場(chǎng)和力場(chǎng)的持續(xù)作用下，當(dāng)加熱至80(Tl00(TC，優(yōu)選燒結(jié)溫度為85(T950°C時(shí)，進(jìn)行不同次數(shù)的瞬間電熱沖擊，最后斷電空冷取出試樣即可。所述電熱沖擊行為是從燒結(jié)溫度以15 10(TC /s的降溫速率降到400°C，然后以15^100°C /s升溫速率再次加熱到燒結(jié)溫度，循環(huán)次數(shù)為f 10次，優(yōu)選電熱沖擊為31次；所述交流電加熱，其中電壓為3 10 V，電流為3000 30000A。性能測(cè)試1、相對(duì)密度采用精度為0. OOOlg的TP-214分析天平進(jìn)行測(cè)量，利用公式
權(quán)利要求
1.一種多物理場(chǎng)耦合作用下快速燒結(jié)制備WC-C0硬質(zhì)合金的方法，其特征在于該方法是將WC Co=84^94 16飛的重量比粉末混合均勻，稱(chēng)重后裝填于模具中，然后在升溫速度為15 100°C /s，真空度彡O. OlPa的燒結(jié)條件下，對(duì)裝有WC-Co粉末的模具通交流電進(jìn)行急速加熱，同時(shí)在模具兩端施以IOlOOMPa的作用力，在電場(chǎng)和力場(chǎng)的持續(xù)作用下，當(dāng)加熱至80(Tl00(rC時(shí)，進(jìn)行不同次數(shù)的瞬間電熱沖擊，最后斷電空冷取出即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多物理場(chǎng)耦合作用下快速燒結(jié)制備WC-Co硬質(zhì)合金的方法， 其特征在于該方法的升溫速度為2(T80°C /s。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多物理場(chǎng)耦合作用下快速燒結(jié)制備WC-Co硬質(zhì)合金的方法， 其特征在于該方法的燒結(jié)溫度為85(T950°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多物理場(chǎng)耦合作用下快速燒結(jié)制備WC-Co硬質(zhì)合金的方法， 其特征在于該方法的外加力為5(Tl50 MPa。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多物理場(chǎng)耦合作用下快速燒結(jié)制備WC-Co硬質(zhì)合金的方法，其特征在于該方法進(jìn)行的電熱沖擊行為是從燒結(jié)溫度以15 10(TC /s的降溫速率降到 400°C，然后以15 100°C /s升溫速率再次加熱到燒結(jié)溫度，循環(huán)次數(shù)為廣10次。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多物理場(chǎng)耦合作用下快速燒結(jié)制備WC-Co硬質(zhì)合金的方法， 其特征在于該方法采用交流電加熱，其中電壓為3 10 V，電流為3000 30000A。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了多物理場(chǎng)耦合作用下快速燒結(jié)制備WC-Co硬質(zhì)合金的方法，其特點(diǎn)是將WC∶Co=84~94∶16~6的重量比粉末混合均勻，稱(chēng)重后裝填于模具中，然后在升溫速度為15~100℃/s，真空度≤0.01Pa的燒結(jié)條件下，對(duì)裝有WC-Co粉末的模具通交流電進(jìn)行急速加熱，同時(shí)在模具兩端施以10~200MPa的作用力，在電場(chǎng)和力場(chǎng)的持續(xù)作用下，當(dāng)加熱至800~1000℃時(shí)，進(jìn)行不同次數(shù)的瞬間電熱沖擊，電熱沖擊行為是從燒結(jié)溫度以15~100℃/s的降溫速率降到400℃，然后以15~100℃/s升溫速率再次加熱到燒結(jié)溫度，循環(huán)次數(shù)為1~10次；最后斷電空冷取出即可。該方法簡(jiǎn)化了工藝流程，快速高效、節(jié)能環(huán)保，提高了硬質(zhì)合金質(zhì)量，能代替現(xiàn)有硬質(zhì)合金的制備方法。
文檔編號(hào)C22C29/08GK102994852SQ20121048686
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者楊屹, 楊剛, 秦義, 黃坤蘭, 尹德強(qiáng) 申請(qǐng)人:四川大學(xué), 思克萊德大學(xué)