硬质合金注射成形脱脂工艺与碳含量控制

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1、万方数据第35卷2006年第1期1月稀有金属材料与工程RAREMETALMATERLALSANDENG删EEmNG、bl35．No．1J孙uarv2006硬质合金注射成形脱脂工艺与碳含量控制范景莲，李志希，成会朝(中南大学粉末冶金国家重点实验壹，湖南长沙410083)摘要：将传统蜡幕粘结剂和油+蜡改进粘结剂体系分别与粒度为1．97¨m的wc一8co硬质合金粉束混合采用注射成形法制各了全致密高强度的硬质台金。研究r注射坯在H：中的热脱脂工艺和溶剂脱脂与其后补充热脱脂J=艺．和不吲脱脂工艺对脱脂坯碳含量的影响。结果表明：油+蜡改进粘结剂体系具有更好的热脱脂和溶

2、剂脱脂行为。通过工艺优化和碳含量控制，在真空气氛F1400℃烧结80mln制备出高抗弯强度的伞敛密硬质合金烧结制品。关键词：硬质合金；注射成形；脱脂工艺；碳含量中图法分类号：TG玎5+5文献标识码：A文章编号：l002一】85x犯006)0l—o。74—041月u吾粉末注射成形(PIM)的最大优点是在产品形状设计和制造方面具有很人的自由度和经济优势”，2J。近年来，硬质合金零部件的形状设计越来越复杂，如手表链、手表壳、剃须刀、微型钻头、缝纫机上的零部件等p_4】。人们尝试了从普通微米级硬质合金粉末到超细、纳米级硬质合金粉末的注射成形p'6J，但南于PIM工

3、艺复杂、影响因素多，冈此提高和稳定PIM硬质合金性能使其达到传统粉末冶金模压法制各的合金的性能一卣是PIMT艺中的最大难点。其丰要原因是脱除粘结剂的工艺非常苛刻，要求既不产生增碳也Hi能造成脱碳，否则会对烧结产品的力学性能有很大的影响。有人研究r通过脱脂气氛对硬质合金的碳含量进行控制【7’8】。作者通过改变粘结剂组成，研究了不I司粘结剂条件下的热脱脂和溶剂脱脂特性，通过碳含量分析，比较了不同条件下的脱脂效果。2实验粉末原料为wc．8co硬质合金泓合粉末。实验采用2种粘结剂，其中一种粘结剂(A)是在传统石蜡．聚乙烯粘结剂基础上发展起来的石蜡基多组元粘结剂(7

4、4Pw．20EvA．5HDPE．1sA)⋯01：另一种粘结剂(B)是油+蜡改进粘结荆体系⋯]。将粉末分别与粘结剂A，B混炼2．5h，将喂料在单螺杆挤山机进行制粒，然后注射制备抗弯试样。采用热脱脂、溶剂脱脂+热脱脂2种脱脂方式脱除粘结剂。热脱脂采用纯H：气氛，溶剂脱脂采用正庚烷作为溶剂。研究了粘结剂组成对注射坯热脱脂和溶剂脱脂工艺的影响。对脱脂坯的碳含量进行分析，比较了2种粘结剂的脱脂效果。将脱脂坯在真空气氛下烧结，烧结温度为1400℃，烧结时间为80min。然后检测烧结后样品的密度、抗弯强度和扎隙度、金相组织和断n形貌。3结果与讨论3．1热脱脂工艺优化1”

5、注射坯巾粘结剂的主要组元石蜡一般在65℃～70℃发生软化和熔融，在677℃以下不会脱除”⋯。以2℃／min的升温速率从67．7℃升到1437℃，坯块无脱脂缺陷。在1437℃保温90min，此时产生Pw等低分子有机组元蒸发脱除。当温度超过143．7℃时，Pw开始发生裂解并产牛大量的气体。将坯件以1℃／min升温至200℃，注射坯容易开裂。当升温速率降至06℃／min时，坯件无脱脂缺陷。随后将坯件以1℃／min加热到250℃，大部分Pw发生热解，同时粉末颗粒发生粘性流动产生重排。然后在250℃至450℃脱除剩余粘结剂，此时，脱脂缺陷对脱脂温度和升温速率不敏感。

6、当热脱脂温度高于450℃时，粘结剂在脱除的同时也使得wc产生脱碳，因此，热脱脂最高温度小宜高于450℃。对于2“注射坯，首先以2℃／min升温至140℃保温60min未产牛鼓泡、裂纹等缺陷。当以控制升温速度为0．7℃／min升温至250℃时，脱脂缺陷有效地避免，在此温度保温120mjn以保征Pw分解和EO蒸发脱除，打开脱脂通道。然后以2℃／min升温至350℃并收到初稿日期：2004108—16：收到修改稿日期：2005—07—05作者简介：范景莲，女，1967年生，教授，博l：生导师，中南大学粉末冶金围家重点实验窀，湖南睦沙410083，电话：0731—

7、887765万方数据第l期范景莲等：硬质合金注射成形脱腊工艺与碳含量控制·75·保温30min，无脱脂缺陷。最后以2℃／min升至450℃保温120min。1”，2”注射坯的优化脱脂曲线如图1所示。由图l可戋¨，2“注射坯在250℃以下脱脂工艺较简单，脱脂时间较短(1”，2”注射坯的脱脂时间分别为787min，650mln)。这主要是粘结剂成分改变的原因。在硬质合金注射成形中，wc粒度细小且形状不规则、比表面大，粉末团聚程度大，有机物在粉末颗粒表面或团聚粉末颗粒空隙内形成一层吸附薄膜，吸附层的厚度对粘结剂的脱除有很大的影响【”1。油、硬脂酸、邻苯二甲二辛脂

8、等低分子组元具有极性，优先吸附在wc粉颗粒表面，更均匀地包覆在粉末