浅析WC-Co硬质合金研究现状

浅析WC-Co硬质合金研究现状
字数：2834
来源：中国科技博览2013年31期字体：大中小打印当页正文[摘要]我国一直以来是硬质合金的生产和消费的大国；硬质合金的产量从2003年开始一直稳居世界第一位，我国硬质合金产量达到了整个硬质合金市场产量的20%-30%。

但是现阶段我国并不是硬质合金的生产强国，这主要是由于我国硬质合金产品方面的结构和技术含量以及一些附加值都落后于国外将近10年以上。

这使得我国硬质合金生产主要集中在低档合金产品的生产，而高性能合金的技术和产品很少。

这种情况也为我国发展超细晶硬质合金技术提出了严峻的挑战。

[关键词] WC-Co硬质合金烧结
中图分类号：TQ172.6+21.9 文献标识码：TQ 文章编号：1009―914X （2013）31―0607―01
1 WC-Co硬质合金概述
WC-Co硬质合金有着“工业的牙齿”之称，其具有很好的高硬度和抗压强度以及耐磨蚀性和高硬度，在工业上面经常用于高压容器的柱塞和合成金刚石的顶锤和裁纸刀等，在军工、精密仪器和矿山工具、冶金等领域有着非常重要的地位。

航天、军工、精密仪器等行业技术上的迅猛突破，造成WC-Co硬质合金难以跟上这些行业的发展。

因此，能够生产出同时具有高强度和高硬度的纳米复合硬质合金材料的发展变得尤为重要，这样高性能的硬质合金在点阵打印机枕头和
微型钻头和难加工材料道具上面有这广发的应用，有着很大的商业利益。

WC晶粒长大直接决定着硬质合金的性能，要想有效的在纳米硬质合金中控制WC晶粒长大，主要关键是对粉末制备额和烧结过程的控制，以及其原始粉末的尺寸。

通常，纳米硬质合金需要的WC粉末明显的要细于常规的WC粉末。

这样，粉末在烧结过程中才能把其能力释放出来，才能使得其快速致密化以及晶粒能够在很短时间内长大。

如何使得晶粒致密化同时防止晶粒过度长大，这需要在烧结过程中增加相应的抑制剂，或者用的烧结方法，比如压力和电磁等方法来控制晶粒长大。

因此，现在关于硬质合金的研究主要在纳米粉末的制备和烧结中如何抑制晶粒长大以及烧结工艺等方面。

2 WC-Co硬质合金烧结技术的研究现状
烧结主要是通过加热让微细粉体结成颗粒，然后通过物质不断把粉状体变成高密度的物体的过程。

烧结是直接关系到硬质合金产品的性能和品质，并且是硬质合金生产当中最后一道工序。

烧结工序和装备的选择会直接关系到烧结产品的品质。

通常对于硬质合金有以下几种烧结方法：
2.1 真空烧结
真空烧结用于硬质合金生产开始于上个世界的30年代，到了60年代才取得较大的进展。

真空烧结主要是通过负压的气体介质来烧结压制。

真空烧结有着下面的优点：第一，在真空状态下可以有效的改烧一些硬质合金的润湿性，特别是对一些含有Tic的P类和M类合金最显著。

第二，硬质合金在真空情况下烧结可以有效的排除合金中的气体杂质。

第三，炉内氢气稳定，产品不易渗透和脱碳，同时真空烧结的产品不用调料隔开和保护，产品表面没有沉积物。

通常真空烧结的产品有着很高的质量和很长的寿命。

但是缺点主要是产品内部会有一些缺陷和孔隙。

2.2 真空烧结+热等静压处理
真空烧结+热等静压处理主要是通过把成型剂和粉末混合好，把其压制成块放在真空的炉中进行烧结。

由于真空烧结会导致产品内部有着少量的缺陷和孔隙，这些缺陷和孔隙会严重的影响产品的性能和品质，对于一些纳米晶硬质合金性能影响会变得更加严重。

因此，通过热等静压处理可以选择一些优化的方法，比如通过静压可以有效的消除显微针孔，从而消除产品的石墨相，使得产品更加致密化。

2.3 热压烧结
热压烧结是通过在烧结的时候给予一定的压力使其能够快速致密化。

但是，这种烧结压力是单向的，会造成产品在制造过程中产品的不同部位受到的压力不一致，从而影响烧结的性能，热压烧结的缺陷是比如需要生产稍微复杂的零件，热压烧结无法完成。

2.4 微波烧结
微波烧结概念是在20世纪60年代提出来的，20世纪70年得到了系统的研究。

80年代开始正式的引入到材料科学领域，并发展成为了新型的粉末冶金快速烧结技术。

微波烧结与传统的加热烧结方式有着很大的差别，传统加热的烧结是依靠发热体通过传到和对流、辐射传热，材料是从外向内受热，通常，烧结的时间很长，晶粒也非常容易长大。

微波烧结主要是通过烧结材料和微波相互的作用来改变材料中离子、分子和原子的动能，使其不断扩散来细化晶粒。

2.5 场辅助烧结（放电等离子体烧结、等离子体活化烧结）
放电等离子烧结是一种新工艺，能够快速烧结，它是通过脉冲电流在粉末颗粒之间进行加热烧结用放电脉冲压力和冲能、焦耳热进行烧结，通过放电等离子来使得颗粒产生均匀的热量使得颗粒表面受热均匀，进而使颗粒表面活化来进行烧结。

通过放电等离子烧结的样品晶粒均匀、密度高、并且力学性能好。

等离子体活化烧结是材料合成和加工技术。

等离子活化烧结等离子体活化、热压、电阻加热为一体。

这项烧结技术的温度易控制、自动化和烧结时间短、烧结出来的颗粒比较均匀和致密度高。

主要是利用加热粉末内部来快速烧结。

由四个阶段组成：第一阶段是通过给粉末进行单轴施压；第二阶段是通过脉冲电流活化颗粒；第三阶段是用电阻加热；第四阶段清楚压力来固化粉末。

2.6 低压烧结
低压烧结是国际上在80年代发展起来的新烧结工艺，并且在工业商贸得到了广泛的应用。

低压烧结具体是通过拖出成型剂，然后把热等静压和真空放入设备进行，最终通过氩气保护，让产品快速冷却。

低压烧结可以完全的消除钴池，能够使得产品完全的致密，并且组织结构均匀。

3 总结
上面描述的各种烧结方法都能够有效的抑制WC-Co硬质合金晶粒长大，并且这些烧结方法都在制备纳米WC-Co硬质合金中得到广泛的利用。

但是，一些新的烧结方法在硬质合金上面的应用还是值得探索。

目前，真空烧结、低压烧结和真空烧结+热等静压处理仍然是硬质合金制备中的主流烧结的方法。

参考文献
[1] 中带秀，李沐山.国内外硬质合金技术进展[J].稀有金属与硬质合金，1995，（3）：52-56
[2] 唐丹.关于硬质合金的最新动向[J].硬质合金，2001，18（1）：60-63
[3] 贾佐诚#超细晶硬质合金的发展[J].硬质合金，2000，（3）：65-63
作者简介
张少华，（1978•4）男、民族汉，籍贯陕西省凤翔县、2001年毕业于武汉理工大学材料科学与工程专业，现供职于苏州新锐合金工具股份有限公司技术部硬质合金开发工程师、学位本科、研究方向油气开采用硬质合金。