[发明专利]一种微波烧结制备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制备WC-Co硬质合金的方法。属于微波应用与硬质合金制备技术领域。

技术背景：

硬质合金是用粉末冶金方法生产的，由难熔金属化合物(WC、TiC等)和粘结金属(Co、Ni、Fe等)组成的，具有粘结相包覆硬质相显微组织结构特征的金属陶瓷材料。硬质合金因具有良好的耐磨性、抗变形抗冲击能力、耐腐蚀性等性能，被广泛应用于各种切削刀具、凿岩工具、耐磨零件、成形模具等。通常采用真空烧结、低压烧结等方式制备WC-Co硬质合金，制备的WC-Co合金具有相对密度高、综合性能良好等特点，但此类烧结方法存在生产周期长、工艺流程复杂、能耗大、成本高等缺点。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种工艺流程简单、操作方便、烧结周期短、烧结速率快、能源消耗少、所制得的WC-Co合金显微组织和力学性能优异的微波烧结制备WC-Co硬质合金的方法。采用本发明方法可以将脱脂、烧结和热处理工艺结合为一体，可以进行间歇式或连续式生产WC-Co硬质合金。

本发明一种微波烧结制备WC-Co硬质合金的方法，包括下述步骤：

第一步：采用WC粉、Co粉，球磨混合干燥后，得到WC-Co混合料；其中Co占WC-Co混合料总质量的3-30％；WC粉费氏粒度为6.0-7.0微米，纯度高于99.9％，Co粉费氏粒度为1.0-2.0微米，纯度高于99.9％；

第二步：向第一步所得混合料中添加占所述混合料质量0.6-0.8％的丁钠橡胶作为成型剂，干燥、筛分后在200-500MPa压力下压制成型，得到WC-Co压坯；

第三步：将第二步所得WC-Co压坯及辅助加热材料SiC片同时置于氧化铝纤维保温包套内，并在压坯周围填充由炭黑与氧化铝粉组成的填料，然后，将氧化铝纤维保温包套放入微波高温炉炉腔内，炉腔的真空度抽至20-50Pa；向微波高温炉内通入纯N₂保护气氛，保持炉腔压强为(0.8-1.5)×10⁵Pa；调节和控制微波源的输出功率，5-10℃/min的升温速度加热至500-600℃，保温30-60min后，以30-80℃/min的升温速率加热至烧结温度1400-1500℃，保温1-10min，关闭微波源，以24-28℃/min的降温速率冷却至100℃以下后出炉，即可获得WC-Co硬质合金；或

将第二步所得WC-Co压坯置于氢气炉中加热至500-600℃，脱胶6-8h后，冷却至室温；然后与辅助加热材料SiC片同时置于氧化铝纤维保温包套内，并在压坯周围填充由炭黑与氧化铝粉组成的填料；将氧化铝纤维保温包套放入微波高温炉炉腔内，炉腔的真空度抽至40-42Pa；向微波高温炉内通入纯N₂保护气氛，保持炉腔压强为1.01×10⁵Pa；调节和控制微波源的输出功率，以30-80℃/min的升温速率加热至烧结温度1400-1500℃，保温1-10min，关闭微波源，以24-28℃/min的降温速率冷却至100℃以下后出炉，即可获得WC-Co硬质合金。

本发明中，所述球磨采用行星式球磨机，球磨介质为无水乙醇，转速120rpm，球料比2∶1，球磨时间6-8h。

本发明中，所述丁钠橡胶以汽油为溶剂溶解后添加。

本发明中，所述辅助加热材料SiC片添加量按烧结的WC-Co压坯体积计算，每立方厘米WC-Co压坯添加10-20gSiC片。

本发明中，所述N₂保护气体的纯度≥99.99％。

本发明中，所述填料中炭黑与氧化铝粉质量比为(1-10)∶(99-90)。

本发明中，所述压制成型时，在成型磨具上涂抹硬脂酸锌酒精溶液，以提高其润滑性和压制性。

本发明中，所述微波高温炉炉腔中采用真空泵抽真空。

本发明由于采用上述工艺方法，利用微波整体加热、选择加热、非热效应等特点，使烧结过程具有升温速度快、烧结周期短、能源利用率高等特点。研究证明微波烧结方法制备的合金平均晶粒度细小、组织分布均匀、性能提高；并且生产周期短、节约能源；由于微波烧结的整体加热性，克服了传统烧结工艺采用的缓慢加热和多次保温以避免温度梯度过大造成的变形、鼓泡等缺点；同时，在微波加热过程中添加适量的SiC作为辅助加热材料，有效的促进了样品的快速升温和炉腔内温度场的均匀分布。与现有的烧结技术相比，本发明具有如下优点：