[发明专利]多物理场耦合作用下快速烧结制备WC-Co硬质合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及多物理场耦合作用下快速烧结制备碳化钨-钴（WC-Co）硬质合金的方法，属于快速烧结制备硬质合金的技术领域。

背景技术

硬质合金具有高硬度和红硬性、高弹性模量、高耐磨性，是目前最主要的切削刀具材料，号称“工业的牙齿”。目前，国际和国内关于硬质合金的制备主要通过传统的粉末冶金工艺方法生产的。其制作过程为：粉末的制备→粉末预处理→粉末预压成型→烧结→后处理。由于粉末体系中添加了橡胶或石蜡等添加剂，所以在烧结过程中为了去除杂质，需要1~2小时的中间保温预烧；同时在烧结过程中还需要通过特殊的烧结工艺和其他金属元素来抑制晶粒的长大以便获得更加优良的硬质合金。因此，采用传统的粉末冶金方法制备硬质合金工艺复杂，产品合格率低且成产效率不高，材料消耗大等缺点而导致生产成本高，同时传统的方法对环境造成一定的污染。

 周建等人在中国专利CN 101007346A中采用了微波磁场结合微波电场的烧结方法制备WC-Co硬质合金，该方法虽然将烧结时间缩短到了几十分钟，可有效地控制WC-Co的晶粒长大的问题，但是工艺过程依然包含生坯的压制环节，粉末体系中的添加剂阻碍了产品性能的进一步提高。

21世纪以来，随着科技的进步和工艺手段的不断更新，电场烧结以其快速、高效的特点备受关注。杨屹等人在中国专利ZL 200510020794.9中利用电场低温快速烧结钕铁硼磁体坯体并使其实现致密化。该方法是将事先球磨好的钕铁硼合金细粉装入模具中，经磁场取向后压制成坯体，然后将坯体放置于电加热设备中，利用电流直接通过坯体对其急速加热，使坯体内组元在500~900℃下，持续烧结5~8分钟即可完成坯体的致密化过程。该方法使磁体的制造周期短、效率高，能耗也大大降低。但是该方法的工艺流程包括生坯的制备环节，在烧结过程中无外加力场条件，胚体能否被良好烧结，在很大程度上依赖于压坯的初始密度，初始密度越低，试样最终烧结致密性越差，其相应的物理化学性能和力学性能也要大受影响。其次在烧结的过程中对坯体进行了数分钟的保温，这在较小程度上提高了烧结体性能的同时延长了烧结时间。

杨屹等人在《热加工工艺》2010年12期上发表题为“电场作用下预设烧结温度对WC-Co体系烧结的影响”的论文，成功制得了具有高性能的烧结WC-Co硬质合金。该方法是先将WC-Co粉末制成压坯，然后利用电流直接通过压坯，使压坯急速加热，在较低温度下（1000℃）使压坯内组元快速致密化，并获得超细晶粒。该方法虽然显著缩短了WC-Co烧结成型的时间（由传统粉末冶金方法的1.5~3小时缩短到了5~8分钟左右），但是该方法的工艺流程依然包括生坯的制备环节，胚体能否被良好烧结，在很大程度上依赖于压坯的初始密度，初始密度越低，试样最终烧结致密性越差，其相应的物理化学性能和力学性能也要大受影响。

发明内容

本发明的目的是针对目前WC-Co硬质合金制备所存在的问题和不足，诸如工序复杂、制备周期长、成型温度高、产品合格率低，原材料对添加剂的依赖而导致产品纯度不高，对环境造成一定的污染，且烧结过程中晶粒长大等缺陷，而提供一种多物理场耦合作用下快速烧结制备WC-Co硬质合金的方法。

本发明的目的由以下技术措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。

多物理场耦合作用下快速烧结制备WC-Co硬质合金的方法，其特征在于该方法是先将WC∶Co=84~94∶16~6的重量比粉末混合均匀，称量后装填于模具中，然后在升温速度为15~100℃/s，优选升温速度为20~80℃/s，真空度≤0.01 Pa的烧结条件下，对装有WC-Co粉末的模具通交流电进行急速加热，同时在模具两端施以10~200MPa的作用力，优选外加压力为50~150MPa，在电场和力场的持续作用下，当加热至800~1000℃，优选烧结温度为850~950℃时，进行不同次数的瞬间电热冲击，最后断电空冷取出试样即可。

所述电热冲击行为是从烧结温度以15~100℃/s的降温速率降到400℃，然后以15~100℃/s升温速率再次加热到烧结温度，循环次数为1~10次，优选电热冲击为3~8次；

所述交流电加热，其中电压为3～10 V，电流为 3000～30000A。

性能测试

1、相对密度采用精度为0.0001g的TP-214分析天平进行测量，利用公式计算出合金的实际密度，再利用公式计算出相对密度。

2、硬度检测按照GB/T 3849-1983进行，采用HR-150A洛氏硬度计进行检测，所加载荷为60Kg。