[发明专利]一种用微波反应烧结制备WC-Co硬质合金的方法

说明书

技术领域

    本发明公开了一种微波反应烧结制备WC-Co硬质合金的方法，属于微波高温应用和硬质合金制备技术领域。

背景技术

硬质合金是通过粉末冶金方法生产的，由难熔金属化合物（WC、TiC、TaC、NbC等）和粘结金属 (Co、Ni、Fe等）组成的具有高耐磨性、强抗变形能力、优耐腐蚀性能的复合材料，被广泛应用于切削刀具、凿岩工具、耐磨零件和成形模具等。传统硬质合金的制备方法工艺流程复杂、制备时间较长，从WC粉末的合成、WC-Co粉的湿磨、干燥、筛分、压制成形，再到粘结剂的脱除和烧结，整个制备过程需要几十个小时的时间。对于硬质合金的制备来说，每一个工艺中出现的问题都会直接影响产品的质量，因此制备流程越长需要克服的问题就越多。尤其是在制备超细硬质合金时，由于超细粉末极易氧化，因此对制备的条件和环境要求很高，合金的制造成本也居高不下。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在微波烧结基础上的更简洁更直接的生产WC-Co硬质合金的方法。所制备的WC-Co硬质合金显微组织结构均匀，WC晶粒细小。采用本发明方法可以将WC粉末的制备、WC破碎和分级等一系列步骤省去，通过简单的将W-Co-C粉末压坯进行压制和微波烧结，便可以在间歇式或者连续式微波加热炉中进行生产。

本发明的微波反应烧结制备WC-Co硬质合金的方法为：

（1）将W粉、Co粉和C粉按照质量百分比91～66wt%：3～30wt%：6～4wt%球磨混合均匀后真空干燥（其中碳含量需要根据W和Co中的氧含量进行相应的调整），然后向混合料中添加0～2.0%的成形剂，在100～500MPa压力下压制成形，得到W-Co-C粉末压坯；

（2）将W-Co-C粉末压坯加热至250～600℃保温2～10h后冷却至室温，然后将其与强吸波辅助加热材料放置于透波的保温装置中，（可以在压坯的周围填充填料，使材料中的温度场分布更加均匀，填料既可以是吸波材料也可以使透波材料）再将保温装置置于微波炉腔内，腔体内的真空度为5～100Pa，通入保护气氛，保持炉腔内的压强为（0.8～1.5）×10⁵Pa，调节微波的输出功率，使得W-Co-C粉末压坯以10～150℃/min的升温速率加热至1100～1400℃后保温1～60min，关闭微波源，使得W-Co-C粉末压坯以20～60℃/min的降温速率冷却，即可以获得WC-Co硬质合金。

所述W粉的费氏粒度为0.60～60.00 微米，纯度高于99.0%；Co粉费氏粒度为0.6～3.0微米，纯度高于99.9%；C粉为任意粒度（炭黑粒度不影响混合效果），纯度高于99.0%。

所述球磨时采用的介质是无水乙醇，转速为80～120rpm，球料比3:1，球磨时间2～10h。

所述成形剂为石蜡或丁钠橡胶。

所述压制成形时，在磨具上涂抹一定量的硬脂酸锌酒精溶液可以提高磨具的润滑性和压坯的成形性。

所述强吸波辅助加热材料为碳化硅板或石墨板，W-Co-C粉末压坯与强吸波辅助加热材料是按照W-Co-C压坯的尺寸进行添加，每立方厘米W-Co-C压坯的碳化硅板添加量为5～30g。

所述透波的保温装置是指利用具有透波性能的材料制成的保温装置，例如氧化铝纤维。

所述填料为纯氧化铝粉末或石墨的一种或两种的混合物，纯氧化铝粉末和石墨混合物的质量比为1～99：99～1。

所述保护气氛为氮气、氩气一种或两种的混合气氛，或者是氮气、氩气与氢气的混合气氛，其中氮气保护气氛的纯度为≥99.9%。

所述微波高温炉腔体采用真空泵进行抽真空。

所述测温装置为高温红外测温仪。

本发明由于采用上述工艺方法，利用微波加热具有整体加热、快速升温、非热效应等一系列传统热传导加热方式不具备的特点，这些加热特性通常会赋予材料晶粒细小、原子扩散充分、快速完成致密化等的特点，使材料具有力学性能更优异和物理化学更突出的特性。不仅如此，微波烧结工艺还具有热利用率高、环境友好、操作简单等特点。本发明则是结合了微波加热的优势，然后通过利用W粉末和C粉末发生合成反应时产生的化学潜热来为合金的烧结提供能量，不是其他文献中所提到的用WC粉末和Co粉末作为硬质合金的烧结制备原料，而是采用W粉、C粉和Co粉的混合料作为硬质合金的初始原料，从而不仅省去了传统制备硬质合金过程中WC粉末的合成、WC颗粒的破碎分级等冗长的工艺流程，而且极大程度地利用了化学反应潜热，节省了能量损耗。与现有的硬质合金制备方法相比，本发明具有如下优点：