專利名稱：一種可使硬質合金呈梯度結構的滲碳劑的制作方法
技術領域：
本發明屬于硬質合金生產過程中滲碳處理(熱處理)用滲碳劑。特別是一種在熱處理過程中可促使合金體結構(組織、金相結構)及機械性能呈梯度分布的滲碳劑。該滲碳劑尤其適合要求合金表面硬度及耐磨性高、中部要求韌性強、而芯部剛度高的鉆齒、切割及模具類硬質合金滲碳處理時作為滲碳劑用。
背景技術：
在常規硬質合金生產中，經燒結成的產品為只含WC和結合劑相的均勻的兩相組織，因此，其產品的內、外金相結構及機械性能是一致的。這類機械性能一致的產品，存在著高硬度和耐磨性與強韌性之間的矛盾。而對于鉆齒、巖石切割刀具、模具等硬質合金產品，在使用時要求表面具有很高的硬度和耐磨性；但為了使其能承受較大的沖擊力并阻止表面產生的裂紋向內擴散，因而，又要求合金體內應具備較強的韌性。而金相組織均勻，機械性能一致的硬質合金則在高硬度和耐磨性與強韌性之間存在著嚴重的矛盾和不一致性。針對這一缺陷，瑞典Sandvik公司在申請號為85108173的專利文獻《最適于巖石鉆孔和礦石切割的硬質合金體》中，公開了一種具有梯度結構的硬質合金體。該合金體是在燒結成型后，再通過固體滲碳工藝，并采用混合均勻的石墨粒和Al2O3作為滲碳劑，在氫氣氛保護下在1450℃左右溫度條件下滲碳燒結2～4小時，使其表面具有高硬度和耐磨性的WC相(α相)和較平均量低的Co相(β相)；中間層的鈷相(β相)含量則高于合金體的平均值，使其具有較強的韌性以利吸收表面承受的沖擊、阻止表面產生的裂紋向內擴散；而合金體的芯部則為具有平均Co含量的α+β+γ相，由于η相(W3CO3C、W2CO4C等)的存在，使合金體芯部具有很高的剛度，從而克服了均勻相硬質合金體在使用中所存在的弊病。但采用上述滲碳劑由于僅由Al2O3加上1.0％左右的石墨粒混合而成，其配方簡單，滲碳反應活性低，因此存在滲碳處理時間長，結構梯度形成速度慢，生產率低，能耗及生產成本高等缺陷。
發明內容
本發明的目的是針對背景技術存在的缺陷，研究一種可使硬質合金呈梯度結構的滲碳劑，以達到在熱處理過程中加快合金梯度結構形成的速度、縮短滲碳處理時間、提高生產率、降低能耗和生產成本等目的。
本發明的解決方案是在原滲碳劑的基礎上，加入碳酸鹽或/和碳酸氫鹽，同時加大石墨粒在滲碳劑中的比例。即利用碳酸鹽或碳酸氫鹽在滲碳溫度下(1450℃左右)分解得到CO2，CO2與石墨粒反應生成CO氣體，此時的CO氣體具有較高的活性，能夠迅速進入液相并與合金體內的η相(W3CO3C、W2CO4C等)進行反應，從而加快了合金體內結構梯度的形成。其化學反應原理如下(1)(2)(3)(4)(5)上述反應均在1380～1500℃溫度下進行，其中的R可以是Na或Ca、Ba、K、Mg、Al等元素。滲碳劑中石墨粒子量的增加又可調節爐內CO等的氣氛。因此，本發明滲碳劑的成份包括Al2O3、石墨粒；關鍵在于其成份中還包括碳酸鹽或/和碳酸氫鹽；滲碳劑中各成份的重量百分比含量分別為純度≥98％的Al2O330～50Wt％，含C量＞98％的石墨粒10～30Wt％，工業純及以上純度的碳酸鹽或/和碳酸氫鹽30～50Wt％；上述各成份按比例、經充分混合均勻后計量包裝，即成。所述石墨粒，其粒徑為0.3～2.0mm。而所述碳酸鹽、碳酸氫鹽可以是Na或Ca、Ba、K、Mg、Al的碳酸鹽或碳酸氫鹽。
本發明由于在傳統的滲碳劑中加入了在滲碳處理的高溫下能夠分解得到CO2的碳酸鹽或/和碳酸氫鹽，所生成的CO2再與石墨粒反應又生成活性較強的CO氣體，該氣體能迅速進入液相并與合金體內的η相進行反應，從而加快了合金體梯度結構的形成。采用本發明所述的滲碳劑在相同溫度條件下，與背景技術相比可縮短滲碳處理時間50～65％，產品具有明顯的粘結相梯度結構、且表面層(無η相層)厚度提高10～30％、平均強度提高20～25％(達3000N/mm2以上)。因此，本發明用于硬質合金滲碳處理可有效縮短滲碳處理時間、提高生產率，且具有產品梯度結構明顯，表面無η相層較厚，平均強度高，生產成本及能耗低等特點。
實施例1本實施例以配制200kg滲碳劑為例將純度為99.0％的Al2O380kg，平均粒徑為0.8mm、含C量為99.5％石墨粒40kg，工業純碳酸鈉80kg，置于攪拌器內，在轉速為60轉/分的條件下攪拌混合30分鐘，混合均勻后按每個舟皿用量分袋包裝，即成。
實施例2仍以配制200kg滲碳劑為例將純度為工業級的碳酸氫鈣90kg，純度為99.5％的Al2O380kg及含C量99.9％、平均粒徑為1.2mm的石墨粒30kg，置于攪拌器內，在80轉/分的條件下攪拌混合均勻后，計量分裝即成。
實施例3將純度為工業級的碳酸氫鈣和碳酸鉀各40kg，純度為99.5％的Al2O380kg及平均粒徑為1.5mm、含C量99.0％的石墨粒40kg，置于攪拌器內，攪拌混合均勻后，按要求計量分裝，即成。
權利要求
1.一種可使硬質合金呈梯度結構的滲碳劑，包括Al2O3和石墨粒；其特征在于滲碳劑成份中還包括碳酸鹽或/和碳酸氫鹽；滲碳劑中各成份的重量百分比含量分別為純度≥98.0％的Al2O330～50Wt％，含C量＞98.0％的石墨粒10～30Wt％，工業純及以上純度的碳酸鹽或/和碳酸氫鹽30～50Wt％；上述各成份按比例、經充分混合均勻后計量包裝，即成。
2.按權利要求1所述可使硬質合金呈梯度結構的滲碳劑；其特征在于所述石墨粒的粒徑為0.3～2.0mm。
3.按權利要求1所述可使硬質合金呈梯度結構的滲碳劑；其特征在于所述碳酸鹽、碳酸氫鹽可以是Na或Ca、Ba、K、Mg、Al的碳酸鹽或碳酸氫鹽。
全文摘要
該發明屬于硬質合金制品生產過程中熱處理用滲碳劑，由Al
文檔編號C23C8/00GK1526848SQ03135889
公開日2004年9月8日 申請日期2003年9月24日 優先權日2003年9月24日
發明者劉詠, 羊建高, 王海兵, 張林秋, 龍鄭易, 李克林, 劉 詠 申請人:自貢硬質合金有限責任公司