不同co含量硬质合金的微波烧结性能

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1、2009全国粉末冶金学术会议不同Co含量硬质合金的微波烧结性能彭元东①易健宏刘时群罗述东李丽娅(中南大学粉末冶金国家重点实验室，湖南长沙410083)摘要研究了在不同温度下或在同一温度下不同Co含量的微波烧结和硬质合金的性能，并和常规烧结进行了比较。结果表明：与常规烧结相比，在相同烧结温度下采用微波烧结可以获得较高的密度、洛氏硬度、抗弯强度；微波烧结试样的组织细小、均匀。成分为wc一6Co试样在14200C微波烧结密度为14．92g／em3，致密度达100％，硬度为90．1HRA，抗弯强度为701MPa；而常规烧结密度值为14．48g

2、／era3，致密度为97％，硬度为87．4HRA，抗弯强度为590MPa。钴含量不同的试样，其性能变化是WC一6Co硬度最高，而抗弯强度是WC一9Co最高。用同等含量的Ni粉、Fe粉代替Co粉，所得WC一3Ni一3Fe试样与wC一6Co试样相比，无论是用常规烧结还是微波烧结，其性能都低些。关键词硬质合金；微波烧结；Co含量；性能1前言硬质合金是以难熔金属的碳化物(WC、TiC、TaC等)粉末为主要成分，以Co或Ni、Fe为粘结剂，在真空或氢气炉中烧结而成的一种很硬很耐磨的粉末冶金材料。其基体由两部分组成：一部分是硬质相；另一部分是粘结

3、金属。按材料组元分，有人把它归为“金属陶瓷”【l。J。它既保持有陶瓷的高强度、高硬度、耐磨损、耐高温、抗氧化和化学稳定性等特性，又有较好的金属韧性和可塑性，是一类非常重要的工具材料和结构材料，被称为“工业的牙齿”，对工业的发展和生产率的提高起着重要的推动作用‘4，51。微波烧结是一种利用微波加热来对材料进行烧结，即利用微波具有的特殊波段与材料的基本细微结构耦合而产生热量，材料的介质损耗使其材料整体加热至烧结温度而实现致密化的方法，是快速制备高质量的新材料和具有新的性能的传统材料的重要技术手段[6’7】。与常规烧结相比，微波烧结具有加热

4、速度快、烧结温度低、保温时间短、能源利用率高、安全无污染等优点。其所制备的材料具有晶粒细小、均匀，从而改善和提高了材料的物理性能。硬质合金属于金属与陶瓷的复合物，已有的研究表明，用微波烧结可达到非常高的致密度旧叫引。但是微波烧结的硬质合金与常规烧结有很多不同的地方。为进一步探索这一问题，论文设计了几种成分的合金，进行微波烧结工艺研究，并与常规烧结进行了对比。2实验实验所用的原料技术参数如表1所示。所设计的WC—Co硬质合金材料体系，其成分配比如表2所示。①彭元东：男，1974年生，博士，从事微波烧结粉末冶金材料的研究。Tel：0731

5、—88877328；E—mail：pengyuandongpm@163．tom四、硬质合金裘1所用原料及技术参数原料名称技术参数碳化钨粉(WC)平均粒度6pan，纯度I>98％，中南大学粉末冶金厂钻粉(Co)平均粒度5pan，纯度≥99％，中南大学粉末冶金厂羟基铁粉(Fe)粒度薹3．5pan，其中Fe一>97％羟基镍粉(Ni)粒度量3．5pan，金川公司生产丁纳橡胶(成形剂)中南大学粉末冶金厂表2材料成分配比／％试样号成分号WCCOFeNilⅥrc1002W℃一3Co973WC一6Co9464WC一9Co9195WC一3Ni一3Fe9

6、43各试样成分按表2所示进行配比。混合料加入丁纳橡胶溶液成形剂，采用变频行星式球磨机混合，以无水乙醇为介质，钨球为混料球，球料比2：l，转速为120r／min，混合600min。湿混后的料，进行喷雾干燥、制粒。将所制粉末在400MPa压力下压制成标准抗弯试样(B样)，每个试样重12．5g。烧结前在600℃下保温6h以排除压坯中的成形剂。烧结取1300℃、13400C、1380℃、14200C、1460℃5个温度点。采用两种烧结方式，一种是微波烧结，保温10min，烧结气氛为N：+H：；另一种是使用钼丝炉烧结(这里称为常规烧结)，保温6

7、0rain，烧结气氛为H：。采用排水法测密度；硬度在HR一150A型洛氏硬度计上测量；在CMT一5105万能试验机上对合金的抗弯强度进行三点抗弯测试。采用El本生产的型号为JsM一6360LV扫描电子显微镜对试样的断口进行观察。3结果与分析3．1密度密度是评价材料性能的主要指标。表3列出了实验中各成分试样在不同烧结温度以及不同烧结方式下的密度和致密度的情况。从表中可看出，当温度低于1380℃时，样品的致密化变化不明显，随着烧结温度的进一步升高，样品的致密度进一步提高，到1420℃时样品的致密度都达到最大值，若继续升高温度，过多的液相使

8、得晶粒长大，液相不能完全填充WC骨架间的空隙，样品的相对密度不再增加反而会降低。图1是烧结温度对样品WC一6Co密度的影响，从图中可以看出无论是微波烧结还是常规烧结，随烧结温度的提高样品密度增大，在1420℃时微波和常规