一種硬質合金燒結工藝的制作方法

本發明涉及硬質合金材料制造領域，具體涉及一種抑制粘結相鈷析出的硬質合金燒結工藝。

背景技術：

硬質合金，特別是硬質合金刀片，廣泛應用于金屬切削加工領域。這種刀片的基體主要由難溶的金屬碳化物硬質相（如WC）和金屬粘結相（如Co）,經過燒結后而得。燒結過程中，高溫階段的金屬粘結相（如Co）蒸發，冷卻后會在硬質合金表面形成金屬粘結相層薄膜，而硬質合金刀片表面的這種粘結相層薄膜降低了基體與CVD 或PVD涂層的結合力。

硬質合金表面的粘結相層可以通過機械噴砂等方法去除，但去除硬質合金表面的粘結相層以后，硬質合金刀片的外表面的粘結相含量幾乎只有中心部位的50%，這種情況下的硬質合金刀片的強度就變差，而這恰好一直是制約硬質合金刀具發展的重要原因。

在燒結過程中，粘結相鈷層的生成大致分兩個階段：第一階段，當溫度升到共晶溫度時，由于接近鈷的蒸汽壓，這時粘結相鈷開始緩慢析出，析出速度跟爐內真空度和燒結時間有關，真空度越高，鈷蒸發越快；第二階段是冷卻階段，從燒結溫度開始冷卻，鈷一直在析出，試驗證明，當溫度下降到1200℃時，粘結相鈷幾乎停止析出，鈷析出的多少跟冷卻時間關系較大。

如何有效的避免硬質合金表面粘結相層的產生，人們做了很多工作。US62677797號專利公布了用氫氣快冷的方法，通過縮短冷卻時間來減少硬質合金粘結相鈷的析出，但氫氣是高危氣體，在高溫高壓下一旦泄露，危險極大，同時專利并沒有考慮到升溫階段的粘結相鈷析出的問題。公開號為CN 104249153 A專利和專利ZL200810143772.5都提出了，用CO或CO、H2混合氣來抑制粘結相鈷的析出，但由于從燒結溫度到冷卻到1200℃，氣體的加入，只能使粘結相鈷的析出的速度變慢，但由于從燒結溫度冷卻到1200℃，都采用的是自然冷卻，時間太長，所以不可能避免粘結相鈷層的產生；另外，由于CO 是滲碳性氣氛，CO氣體在高溫區發生如下反應2CO→CO₂+C，造成合金的碳含量增加，這對于合金燒結來說是致命的。

技術實現要素：

針對上述現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種安全、可靠的硬質合金燒結工藝，以有效抑制粘結相鈷的析出，同時縮短燒結時間，提高設備利用率。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：一種硬質合金燒結工藝，其特征在于，在升溫階段，當溫度升高到共晶溫度后保溫，保溫結束后往爐內充入惰性氣體，使爐內壓力保持在20mbar-100mbar，這個壓力保持的時間自共晶溫度保溫結束到溫度升高到燒結溫度保溫結束這段時間，達到鈷蒸發的臨界壓力；把溫度升高到燒結溫度，從燒結溫度保溫結束后，進入冷卻階段，往爐內通入惰性氣體，使爐內壓力保持在0.1Mpa-0.6Mpa,在通入惰性氣體的同時開啟冷卻風機，直到冷卻出爐。

在上述硬質合金燒結工藝方法中，所充入的惰性氣體為氬氣。

在上述硬質合金燒結工藝方法中，所述充入氬氣的純度為99.999%。

在上述硬質合金燒結工藝方法中，所述共晶溫度為1350℃-1380℃，所述燒結溫度為1390℃-1520℃。

在上述硬質合金燒結工藝方法中，所述共晶溫度后保溫時間為30-60min，燒結溫度后保溫時間為30-60min。

本發明的硬質合金燒結工藝方法主要基于以下原理：在升溫階段，通過利用粘結相鈷的蒸發與燒結溫度、爐內壓力和時間的關系，升溫階段燒結溫度和時間難以改變，只有從爐內壓力著手，試驗證明：在液相燒結階段，當爐內的壓力某一數值時，粘結相鈷的液相蒸汽壓與其氣相飽和蒸汽壓平衡，這時離開液相到氣相的質點等于氣相返回到液相的質點，粘結相鈷的幾乎不揮發，所以我們從共晶溫度開始，往爐內充入一定流量的Ar等惰性氣體，使爐內壓力保持在能抑制粘結相鈷揮發的臨界壓力；在冷卻階段，同樣用粘結相鈷的蒸發與燒結溫度、爐內壓力和時間的關系，盡快把溫度從燒結溫度降低到1200℃以下，是抑制鈷揮發的最好的辦法，所以在燒結溫度保溫結束后，往爐內充入一定壓力的惰性氣體，同時開啟冷卻風機，本發明的方法從燒結溫度到冷卻到1200℃只需10-15分鐘，而普通的燒結工藝需要1200分鐘，所以通過快速冷卻的方式來抑制粘結相鈷的析出是非常有效的。

與現有工藝對比，本發明的優點在于：1、針對在不同的燒結階段的特點，采用不同階段工藝方法，針對性強，效果明顯；2、有效避免了高溫階段鈷等粘結相蒸發到硬質合金的表面，產品內外粘結相分布均勻，性能優良；3、采用正壓條件下冷卻風機冷卻替代自然冷卻，冷卻時間短，設備利用率高；4、用Ar等惰性氣體替代Co 、H2等易燃易爆氣體，生產安全可靠。

附圖說明

圖1為本發明實施例1中現有常規燒結方法燒結的WC-Co 10%硬質合金表面照片；

圖2為本發明實施例1中采用本發明的燒結方法燒結的WC-Co 10%硬質合金表面照片；

圖3為本發明實施例2中現有常規燒結方法燒結的WC-Co 6%硬質合金表面照片；

圖4為本發明實施例2中的采用本發明燒結方法燒結的WC-Co 6%硬質合金表面照片。

具體實施方式

現結合具體實施例及附圖，對本發明作進一步的闡述。

實施例一

以型號為RDMW1204MO YG10硬質合金刀片為例。WC90%、Co10%的硬質合金，先以常規的燒結方法，將溫度升高到共晶溫度1350℃保溫40分鐘，然后升高到燒結溫度1450℃，保溫60分鐘后，充一定氬氣到一定壓力，自然冷卻到出爐溫度，冷卻時間為6小時。產品表面如圖1所示，表面鈷含量67.6%。

上述型號的硬質合金刀片用本發明的燒結工藝方法，在升溫階段，當溫度升高到共晶溫度1350℃保溫40分鐘后，持續充一定流量的氬氣，使爐內壓力始終保持在60mbar；當溫度升高到燒結溫度1450℃，保溫60分鐘結束后，進入冷卻階段，往爐內充氬氣，壓力維持在0.5Mpa,在充氬氣的同時開啟冷卻風機，快速冷卻到出爐溫度，冷卻時間為35分鐘。產品表面如圖2所示，表面鈷含量10.23%，跟10%非常接近。

實施例二

以型號為WNMA080412 YG6硬質合金刀片為例。WC94%、Co6%的硬質合金，先以常規的燒結方法，溫度升高到共晶溫度1350℃保溫40分鐘，然后升高到燒結溫度1450℃，保溫60分鐘后，充一定氬氣到一定壓力，自然冷卻到出爐溫度，冷卻時間為7.5小時。產品表面如圖3所示，表面鈷含量55.1%。

上述型號的硬質合金刀片用本發明的燒結工藝方法，在升溫階段，當溫度升高到共晶溫度1350℃，保溫40分鐘后，持續充一定流量的氬氣，使爐內壓力始終保持在60mbar；當溫度升高到燒結溫度1450℃，保溫60分鐘結束后，進入冷卻階段，往爐內充氬氣，壓力維持在0.5Mpa，在充氬氣的同時開啟冷卻風機，快速冷卻到出爐溫度，冷卻時間為42分鐘。產品表面如圖4所示，表面鈷含量6.09%，接近6%，粘結相分布均勻。