[发明专利]制备硬质合金产品的方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用粉末注射成型法制备碳化钨基硬质合金工具或部件的方法。

背景技术

基于碳化钨的硬质合金是由粘结剂相中的至少一种硬质相的细粒(μm级别)组成的复合物。这些材料通常包含硬质相碳化钨(WC)。另外，也可能包括通常组成为(Ti，Nb，Ta，W)C的其它金属碳化物，以及金属碳氮化物，例如Ti(C，N)。粘结剂相通常由钴(Co)组成。也可使用其它的粘结剂相组合物，例如Co、Ni和Fe或Ni和Fe的组合。

用于制备硬质合金和金属陶瓷的微细金属粉末的处理存在两个方面的问题。由于细粒的粉末具有大的比表面积，它们易于与空气中的氧反应。金属粉末氧化是放热反应。并且，氧化速率随温度而升高。这意味着微细金属粉末的氧化是一个自动加速的过程。因此，金属粉末的自燃和粉尘爆炸是严重的风险。另外，据报道吸入大部分的这些金属粉末是严重的健康风险。

通常通过使用有机粘结剂使这些粉末成粒而解决这些问题。成粒剂粘附到所述粉末的表面，同时将许多颗粒粘结在一起成为自由流动的颗粒状粉末。由于粘结剂粘附到金属表面，它减缓了金属表面的氧化速度，并降低了自燃和粉尘爆炸的风险。由于成粒剂将许多颗粒粘结在一起，它降低了空气传播的粉尘被吸入的风险。

在硬质合金的制备中，当在水-乙醇混合物中进行浆料法时通常使用由PEG成粒的金属粉末。

工业制备碳化钨基硬质合金通常包括使用研磨液体在湿态下掺混给定比例的原材料和添加剂的粉末。该液体通常为醇，例如乙醇，或水或其混合物。然后将混合物研磨为均一的浆料。为了解聚和密切混合原材料的目的进行湿研磨操作。也在一定程度上分解单独的原材料颗粒。然后将得到的浆料例如通过喷雾干燥器干燥并成粒。然后因此得到的颗粒可用于生坯的单轴压制或用于挤出或注射成型。

注射成型在塑料工业中是常见的，其中将包含热塑性聚合物或热固性聚合物的材料加热并迫使其进入具有希望形状的模具内。在用于粉末工艺中时该方法通常被称为粉末注射成型(PIM)。该方法优选用于具有复杂几何形状的部件。

在碳化钨基硬质合金部件的粉末注射成型中，使用了四个连续的步骤：

1.将颗粒状硬质合金粉末与粘结剂体系混合。该粘结剂体系作为该粉末的载体，并且构成所形成材料的25-60体积％，所形成的材料通常被称为坯料。准确的浓度取决于模制过程中希望的工艺性质。在所有有机组分处于熔融状态的情况下完成该混合。以约4×4mm尺寸的颗粒状物得到所形成的坯料。

2.使用该混合的坯料进行注射成型。将该材料加热至100-240℃，并然后迫使其进入到具有希望形状的腔中。将因此得到的部件冷却，和然后从所述腔中将其取出。

3.从得到的部件中除去所述粘结剂。该除去可以在合适的溶剂中通过提取该部件和/或通过在炉中在合适的气氛中加热而实现。该步骤通常被称为脱粘步骤。

4.烧结所述部件。应用通常用于硬质合金的烧结过程。

所述坯料的固体装载量φ是硬质组分与有机组分的体积量之比。可使用如下方程计算φ：

φ=ρf-ρvρs-ρv]]>

其中用氦比重瓶测量，ρ_s是烧结的硬质合金的密度，ρ_v是所述有机组分的平均密度和ρ_f是所述坯料的密度。

坯料的粘度受到有机粘结剂的粘度影响。所述有机粘结剂的粘度与材料的生坯强度密切相关。低的生坯强度会在提取过程中导致部件破裂，其中在熔融过程中蜡的膨胀导致部件中的应力。低的生坯强度的另一个缺点是在部件的处理过程中该部件可能被损坏。材料的高的生坯强度意味着有机粘结剂的高粘度。

在具有高粘度的情况中，可能发生模具填充、长期的模具磨损、在烧结中可能打开的焊线、形成裂缝和表面缺陷以及脱模的问题。

发明内容

本发明的目的是在不牺牲生坯强度的情况下提供具有低粘度坯料的材料。