超细晶WC-Co硬质合金用钴粉地研究开发.pdfVIP

2009全国粉末冶金学术会议论文集 超细晶WC—Co硬质合金用钴粉的研究开发 ～ 李艳①林晨光曹瑞军 (北京有色金属研究总院粉末冶金及特种材料研究所，北京100088) 摘要本文总结了近年来超细和纳米晶WC—Co硬质合金用钴粉的国内外研究开发状况。研究表明，粘结荆原 料钴粉在制备超细晶WC—Co硬质合金中的作用至关重要。采用超细／纳米级粒度的球形钴粉不仅可以减少球磨混合 时间。同时可降低合金的致密化烧结温度，有助于获得高性能的超细和纳米晶WC—Co硬质合金。因此，超细晶WC— co硬质合金的生产在要求粘结剂原料钴粉杂质及氧含量低的同时，对其粒度、粒度分布、颗粒形貌等提出了新的要 nln、氧含量低于 求。本文作者以CoCl2和(NH4)2C0，溶液为原料，采用液相沉淀一氢还原法制备了BET粒度小于200 致，无任何杂相峰；颗粒形貌呈近球形，粒度分布窄，分散性好。该技术工艺流程简单可控、生产成本低、综合收得率 高、是一种行之有效的剖备超细和纳米钴粉的方法：易于实现工业化生产。 关键字硬质合金；超细；钴粉；液相沉淀一氢还原法 硬质合金是“工业的牙齿”。由WC硬质相和co粘结相组成的WC—Co硬质合金因具有高的强 度、硬度以及优良的耐磨性和抗氧化性，被广泛地应用于机械加工切削刀具、石油与地质矿山勘探开 采工具、精密模具和耐磨零件等领域。有关的理论研究和生产实践表明…，当WC晶粒进入超细／纳 米尺度时，硬质合金的硬度、强度、耐磨性、抗热震性、抗氧化性均能得到显著提高，因此其使用寿命 大幅提高。如用纳米WC—Co粉体烧结制备的钻头，在加工印刷电路板时是普通硬质合金钻头寿命的 3倍一4倍，不锈钢钻头的50倍呤】。美国RTW公司用纳米WC—Co粉体制造的印刷电路板硬质合金 为G2、D30、EMl0和F的几种超细晶硬质合金刀具切削45。调质钢、不锈钢和冷硬铸铁时发现，最佳 切削速度提高0．98倍一2．74倍，并且抗破损性显著提高，其中牌号为F的刀具耐用度最高提高 18倍L4]。 、 由于具备优良的综合性能，目前超细／纳米晶硬质合金及其涂层刀具、工模具已显示出在现代高 速切削、11,-／无冷却液切削和加工高温合金、钛合金、喷涂材料、淬火钢等难加工材料领域的明显优 势，被逐步应用于现代制造业的各个领域如印刷电路板微钻、高效精密切削刀具、精密模具、高耐磨 零件等领域b]。其市场需求量2006年己达全世界硬质合金总产量的40％，用量迅速增长。据统计， 近年来仅在集成电路板用超细晶WC—Co硬质合金微钻领域，我国国内市场年需求量6亿支以上；国 内汽车工业的超细晶硬质合金刀具年需求量达300吨，且呈逐年递增趋势；超细晶粒硬质合金模具的 国内需求量约100吨，高速轧辊约250吨，其他木工及特种圆锯约100吨，已构成了国内巨大市场p1。 1 制备超细晶WC—Co硬质合金面临的技术难题及对策 与普通微米级硬质合金相比，由于超细／纳米粉末存在着巨大的表面能和晶格畸变能，在烧结过 程中这些能量得以释放，表现为晶粒迅速长大和快速致密化。在国内外研究者对其晶粒生长机制的探 ①中国博士后科学基金资助项目(20080440334) 李艳(1979一)，女，E—mail：sealcttl000000@163．tom 一、综述 大的收缩率和严重的早期晶粒长大行为∞6】。正是由于超细／纳米晶WC—Co合金的烧结难题，WC平 均晶粒度小于200纳米的WC—Co硬质合金的工业化生产迄今为止尚未实现，国内超细晶粒WC—co 硬质合金生产规模较之于重大需求来说也非常小。所以，在保证致密化的前提下，有效控制超细／纳 米WC—Co硬质合金烧结过程中的早期晶粒长大，成为超细／纳米WC—Go硬质合金制备的技术难点 和关键点。 近年来关于超细／纳米晶WC—Co硬质合金烧结过程的晶粒长大控制方面的报道非常多，其技术 路线可以概括为以下两种： (1)采用特殊的烧结方法如加压烧结、电磁场辅助、激光、微波、锻造、热挤压等烧结技术，通过 压力、温度以及各种外加电磁场的物理综合作用来降低烧结温度或缩短烧结时间，实现晶粒尺寸的控 制[_7‘s3。但是该法普遍需