CN110102769A - 一种利于高粘结相硬质合金组织结构均匀性的湿磨方法 - Google Patents

一种利于高粘结相硬质合金组织结构均匀性的湿磨方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利于高粘结相硬质合金组织结构均匀性的湿磨方法，采用WC粉和Co粉混合湿磨，其特征在于：WC粉湿磨18‑30小时后，再加入Co粉湿磨18—30小时或/和在混合湿磨过程中加入表面分散剂，其量为混合料重量的0.1—1.7％。本发明通过缩短粘结相Co粉湿磨时间及在料桨中加入表面活性剂，混合料湿磨结束后经过干燥、掺胶、成型、烧结工艺后，制得一种组织结构均匀、抗弯强度高的高粘结相硬质合金，本发明制备工艺简单，所制备的合金性能优异，便于产业化生产和应用。

Description

一种利于高粘结相硬质合金组织结构均匀性的湿磨方法
技术领域
本发明涉及一种利于高粘结相硬质合金的湿磨方法，尤其涉及一种利于高粘结相硬质合金组织结构均匀性的湿磨方法。
背景技术
硬质合金通常由硬质相和粘结相组成，其中硬质相基本为WC与TiC，粘结相基本为钴和镍，在硬质合金生产过程中，需要将各种不同原料粉末进行破碎及均匀混合，这个过程一般在混合料湿磨工序阶段完成，在这个工序阶段，将所需的混合料按照设计参数进行成分配比，投入球磨机中进行破碎混合，湿磨介质一般为酒精，随着湿磨时间的延长，混合料粉末不断被破碎，并发生一定的变形，表面活性增加，粉末团聚度增加，造成混合料中各成份不能有效均匀分布，作为粘结相的钴或者镍，其在湿磨过程中被不断击打及碾磨，其被破碎的程度远低于被碾压变形的程度，粘结相粉末如果不能有效分散容易造成团聚，混合料经过成型及烧结后，合金组织中容易出现钴池及镍池，这种缺陷组织结构会致使合金抗弯及抗冲击能力降低，特别是高粘结相硬质合金，这种现象出现的几率相当大，所以如何通过调整湿磨工艺，消除粘结相聚集的缺陷组织显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是消除合金组织中粘结相聚集，提高合金抗弯及抗冲击性能，提供一种利于高粘结相硬质合金组织结构均匀性的湿磨方法，本发明所开发的湿磨工艺，主要基于在以酒精为湿磨介质的情况下，如何改善高粘结相料桨中各成分粉末的分散性及避免长时间湿磨对钴粉的变形这两个方面进行设计及实施。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种利于高粘结相硬质合金组织结构均匀性的湿磨方法，包括WC粉和Co粉混合湿磨，其特征在于：所述混合湿磨WC粉湿磨18-30小时后，再加入Co粉湿磨18—30小时或/和在混合湿磨过程中加入表面分散剂，其量为混合料重量的0.05—1.7％。
所述表面分散剂由PEG1000、十二烷基苷及单硬脂酸乙二醇酯组成，其量分别为混合料重量的0.03-1.5％、0.01-0.1％、0.01-0.1％。
所述Co粉的加入时间为在湿磨开始后18小时加入，其湿磨时间为30h。
所述Co粉的加入时间为在湿磨开始后24小时加入，其湿磨时间为24h。
所述Co粉的加入时间为在湿磨开始后30小时加入，其湿磨时间为18h。
所述PEG1000，十二烷基苷及单硬脂酸乙二醇酯，其量分别为混合料重量的0.05％、0.02％、0.05％。
所述PEG1000，十二烷基苷及单硬脂酸乙二醇酯，其量分别为混合料重量的0.03％、0.03％、0.04％。
所述PEG1000，十二烷基苷及单硬脂酸乙二醇酯，其量分别为混合料重量的0.1％、0.04％、0.02％。
所述Co粉的加入时间为在湿磨开始后18小时加入，其湿磨时间为30h，所述PEG1000，十二烷基苷及单硬脂酸乙二醇酯，其量分别为混合料重量的0.1％、0.04％、0.02％。
所述Co粉的加入时间为在湿磨开始后24小时加入，其湿磨时间为24h，所述PEG1000，十二烷基苷及单硬脂酸乙二醇酯，其量分别为混合料重量的0.05％、0.02％、0.05％。
钴粉在湿磨工艺中的加入时间作调整，最佳加入时间为湿磨结束前的20-24h；钴粉属于铁族金属，对于高粘结相硬质合金，钴粉在湿磨工艺中由于撞击，其形貌随着湿磨时间的延长逐渐变成片状，并进行相互铆合，在后续的烧结过程中，极易形成钴池，影响合金性能。
在料桨中加入表面分散剂PEG1000，十二烷基苷及单硬脂酸乙二醇酯，其量分别为混合料重量的0.03-1.5％，0.01-0.1％，0.01-0.1％；硬质合金混合料湿磨过程是一个金属粉末在液体中分散的过程，由于液体的表面张力及液体对粉末的润湿性，致使金属粉末在湿磨过程中不易分散，通过在料桨中加入一定量的表面分散剂，降低液体表面张力，利于粉末在料桨中的分散及悬浮，降低偏聚。
本发明的有益效果：本发明设计一种控制粘结相的湿磨时间及在料桨中加入表面分散剂，使得合金组织结构均匀化，减小合金孔隙度，提高合金抗弯强度的方法，本发明通过缩短粘结相湿磨时间及在料桨中加入表面分散剂，混合料湿磨结束后经过干燥、掺胶、成型、烧结工艺后，制得一种组织结构均匀、抗弯强度高的高粘结相硬质合金；本发明制备工艺简单，所制备的合金性能优异，便于产业化生产和应用。
附图说明
图1为对比例1的合金金相图；
图2为实施例1的合金金相图；
图3为实施例2的合金金相图；
图4为实施例3的合金金相图；
图5为对比例2的合金金相图；
图6为实施例4的合金金相图；
图7为实施例5的合金金相图；
图8为实施例6的合金金相图。
图9为对比例3的合金金相图；
图10为实施例7的合金金相图；
图11为实施例8的合金金相图；
图12为实施例9的合金金相图；
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
一种利于高粘结相硬质合金组织结构均匀性的湿磨方法，采用WC粉和Co粉混合湿磨，其特征在于通过A、B、C三种方案进行湿磨，其中：A方案是：所述混合湿磨WC粉湿磨18-30小时后，再加入Co粉湿磨18—30小时；B方案是：在混合湿磨过程中加入表面分散剂，其量为混合料重量的0.05—1.7％；C方案是：先将WC粉湿磨18-30小时后，再加入Co粉湿磨18—30小时，在湿磨的过程中加入表面分散剂，其量为混合料重量的0.05—1.7％，所述的表面分散剂由PEG1000、十二烷基苷及单硬脂酸乙二醇酯组成，其量分别为混合料重量的0.03-1.5％、0.01-0.1％、0.01-0.1％。
以下给出本发明的实施例。
对比例1(对比湿磨时间)
本发明基于WC-25Co合金进行湿磨工艺开发，其中WC粉费氏粒度为4um,Co粉费氏粒度为1.5um，混合料中Co粉含量为25wt％，WC粉含量为75wt％。将1Kg混合料加入容积为2L的球磨筒中，加入硬质合金研磨棒4Kg，湿磨介质为含水量为5wt％的工业酒精，湿磨时间为48h,钴粉在湿磨前加入，湿磨结束后将料桨干燥，干燥完毕的料粉进行掺胶制粒，然后压制成试样条，进行脱胶烧结，最终烧结温度为1380℃，保温1h,制成合金试样条，其规格为宽5.25mm*高6.5mm*长20mm，样条经过物理性能检测及金相观察；图1为对比例1合金金相图，表1为对比例1与实施例1、2、3的合金性能表。
对比例2(对比表面分散剂)
本发明基于WC-25Co合金进行湿磨工艺开发，其中WC粉费氏粒度为4um,Co粉费氏粒度为1.5um，混合料中Co粉含量为25wt％，WC粉含量为75wt％。将1Kg混合料加入容积为2L的球磨筒中，加入硬质合金研磨棒4Kg，湿磨介质为含水量为5wt％的工业酒精，料桨中加入表面分散剂，其成分为PEG1000，十二烷基苷及单硬脂酸乙二醇酯，其量分别为混合料重量的0.12％，0.08％，0.05％；湿磨时间为48h,钴粉在湿磨开始时加入，湿磨结束后将料桨干燥，干燥完毕的料粉进行掺胶制粒，然后压制成试样条，进行脱胶烧结，最终烧结温度为1380℃，保温1h,制成合金试样条，其规格为宽5.25mm*高6.5mm*长20mm，样条经过物理性能检测及金相观察；图5为对比例2合金金相图，表2为对比例2与实施例4、5、6的合金性能表。
对比例3(对比湿磨时间+表面分散剂)
本发明基于WC-25Co合金进行湿磨工艺开发，其中WC粉费氏粒度为4um,Co粉费氏粒度为1.5um，混合料中Co粉含量为25wt％，WC粉含量为75wt％；将1Kg混合料加入容积为2L的球磨筒中，加入硬质合金研磨棒4Kg，湿磨介质为含水量为5wt％的工业酒精，料桨中加入表面分散剂，其成分为PEG1000，十二烷基苷及单硬脂酸乙二醇酯，其量分别为混合料重量的0.12％，0.08％，0.05％；湿磨时间为48h,钴粉在湿磨开始后的10h加入，钴粉湿磨时间为24h,湿磨结束后将料桨干燥，干燥完毕的料粉进行掺胶制粒，然后压制成试样条，进行脱胶烧结，最终烧结温度为1380℃，保温1h,制成合金试样条，其规格为宽5.25mm*高6.5mm*长20mm，样条经过物理性能检测及金相观察；图9为对比例3合金金相图，表3为对比例3与实施例7、8、9的合金性能表。
实施例1
原料组成与湿磨、脱胶、烧结工艺、样条尺寸设计与对比例1一致，区别在于钴粉的加入时间，本实施例钴粉的加入时间为在湿磨开始后18小时加入，再湿磨30h,湿磨结束后将料桨干燥，干燥完毕的料粉进行掺胶制粒，然后压制成试样条，进行脱胶烧结，制成合金试样条，样条经过物理性能检测及金相观察。图2为实施例1的合金金相图。
实施例2
原料组成与湿磨、脱胶、烧结工艺、样条尺寸设计与对比例1一致，区别在于钴粉的加入时间，本实施例钴粉的加入时间为在湿磨开始后24小时加入，再湿磨24h,湿磨结束后将料桨干燥，干燥完毕的料粉进行掺胶制粒，然后压制成试样条，进行脱胶烧结，制成合金试样条，样条经过物理性能检测及金相观察。图3为实施例2的合金金相图。
实施例3
原料组成与湿磨、脱胶、烧结工艺、样条尺寸设计与对比例1一致，区别在于钴粉的加入时间，本实施例钴粉的加入时间为在湿磨开始后30小时加入，再湿磨18h,湿磨结束后将料桨干燥，干燥完毕的料粉进行掺胶制粒，然后压制成试样条，进行脱胶烧结，制成合金试样条，样条经过物理性能检测及金相观察；图4为实施例3的合金金相图。
实施例4
原料组成与湿磨、脱胶、烧结工艺、样条尺寸设计与对比例2一致，区别在于在料桨中加入0.5g PEG1000,0.2g十二烷基苷，0.5g单硬脂酸乙二醇酯,分别为混合料质量的0.05％、0.02％、0.05％；湿磨结束后将料桨干燥，干燥完毕的料粉进行掺胶制粒，然后压制成试样条，进行脱胶烧结，制成合金试样条，样条经过物理性能检测及金相观察；图6为实施例4合金金相图。
实施例5
原料组成与湿磨、脱胶、烧结工艺、样条尺寸设计与对比例2一致，区别在于在料桨中加入0.3g PEG1000,0.3g十二烷基苷，0.4g单硬脂酸乙二醇酯,分别为混合料质量的0.03％、0.03％、0.04％；湿磨结束后将料桨干燥，干燥完毕的料粉进行掺胶制粒，然后压制成试样条，进行脱胶烧结，制成合金试样条，样条经过物理性能检测及金相观察；图7为实施例5合金金相图。
实施例6
原料组成与湿磨、脱胶、烧结工艺、样条尺寸设计与对比例2一致，区别在于在料桨中加1g PEG1000,0.4g十二烷基苷，0.2g单硬脂酸乙二醇酯,分别为混合料质量的0.1％、0.04％、0.02％。湿磨结束后将料桨干燥，干燥完毕的料粉进行掺胶制粒，然后压制成试样条，进行脱胶烧结，制成合金试样条，样条经过物理性能检测及金相观察；图8为实施例6合金金相图。
实施例7
原料组成与湿磨、脱胶、烧结工艺、样条尺寸设计与对比例3一致，区别在于在料桨中加1g PEG1000,0.4g十二烷基苷，0.2g单硬脂酸乙二醇酯,分别为混合料质量的0.1％、0.04％、0.02％，同时调整Co粉湿磨时间，本实施例钴粉的加入时间为在湿磨开始后18小时加入；湿磨结束后将料桨干燥，干燥完毕的料粉进行掺胶制粒，然后压制成试样条，进行脱胶烧结，制成合金试样条，样条经过物理性能检测及金相观察；图10为实施例7合金金相图。
实施例8
原料组成与湿磨、脱胶、烧结工艺、样条尺寸设计与对比例3一致，区别在于在料桨中加入0.5g PEG1000,0.2g十二烷基苷，0.5g单硬脂酸乙二醇酯,分别为混合料质量的0.05％、0.02％、0.05％，同时调整Co粉湿磨时间，本实施例钴粉的加入时间为在湿磨开始后24小时加入；湿磨结束后将料桨干燥，干燥完毕的料粉进行掺胶制粒，然后压制成试样条，进行脱胶烧结，制成合金试样条，样条经过物理性能检测及金相观察；图11为实施例8合金金相图。
实施例9
原料组成与湿磨、脱胶、烧结工艺、样条尺寸设计与对比例3一致，区别在于在料桨中加入0.3g PEG1000,0.3g十二烷基苷，0.4g单硬脂酸乙二醇酯,分别为混合料质量的0.03％、0.03％、0.04％，同时调整Co粉湿磨时间，本实施例钴粉的加入时间为在湿磨开始后36小时加入；湿磨结束后将料桨干燥，干燥完毕的料粉进行掺胶制粒，然后压制成试样条，进行脱胶烧结，制成合金试样条，样条经过物理性能检测及金相观察；图12为实施例9合金金相图。
将对比例1、实施例1-3所得的合金进行性能检测，具体检测结果如表1所示；将对比例2、实施例4-6所得的合金进行性能检测，具体检测结果如表1所示；将对比例3、实施例7-9所得的合金进行性能检测，具体检测结果如表1所示；
表1为对比例1与实施例1、2、3的合金性能表
从金相图1、2、3、4可见，缩短钴粉湿磨时间明显改善了钴池这个缺陷结构，并有效减小了合金孔隙，在合金性能上，钴池的消除提高了合金的抗弯强度。
基于以上分析钴粉加入时间对合金性能的影响，本发明在选定一个钴粉加入时间的基础上，进行在湿磨工艺中加入表面分散剂对合金性能影响的研究。
表2为对比例1与实施例4、5、6的合金性能表
从金相图5、6、7、8可见，表面分散剂的加入有效改善了合金组织结构的均匀性，另外从合金性能结果分析，表面分散剂的加入有效提高了合金的抗弯强度。
表3为对比例3与实施例7、8、9的合金性能表
从金相图9、10、11、12可见，缩短Co粉湿磨时间及表面分散剂的加入有效改善了合金组织结构的均匀性，另外从合金性能结果分析，缩短Co粉湿磨时间及表面分散剂的加入有效提高了合金的抗弯强度。

Claims (10)

1.一种利于高粘结相硬质合金组织结构均匀性的湿磨方法，包括WC粉和Co粉混合湿磨，其特征在于：所述混合湿磨WC粉湿磨18-30小时后，再加入Co粉湿磨，将Co粉湿磨时间控制在18-30小时；或/和在混合湿磨过程中加入表面分散剂，其量为混合料重量的0.05—1.7％。
2.按权利要求1所述一种利于高粘结相硬质合金组织结构均匀性的湿磨方法，其特征在于所述表面分散剂由PEG1000、十二烷基苷及单硬脂酸乙二醇酯组成，其量分别为混合料重量的0.03-1.5％、0.01-0.1％、0.01-0.1％。
3.按权利要求1所述一种利于高粘结相硬质合金组织结构均匀性的湿磨方法，其特征在于所述Co粉的加入时间为在湿磨开始后18小时加入，其湿磨时间为30h。
4.按权利要求1所述一种利于高粘结相硬质合金组织结构均匀性的湿磨方法，其特征在于所述Co粉的加入时间为在湿磨开始后24小时加入，其湿磨时间为24h。
5.按权利要求1所述一种利于高粘结相硬质合金组织结构均匀性的湿磨方法，其特征在于所述Co粉的加入时间为在湿磨开始后30小时加入，其湿磨时间为18h。
6.按权利要求2所述一种利于高粘结相硬质合金组织结构均匀性的湿磨方法，其特征在于所述PEG1000，十二烷基苷及单硬脂酸乙二醇酯，其量分别为混合料重量的0.05％、0.02％、0.05％。
7.按权利要求2所述一种利于高粘结相硬质合金组织结构均匀性的湿磨方法，其特征在于所述PEG1000，十二烷基苷及单硬脂酸乙二醇酯，其量分别为混合料重量的0.03％、0.03％、0.04％。
8.按权利要求2所述一种利于高粘结相硬质合金组织结构均匀性的湿磨方法，其特征在于所述PEG1000，十二烷基苷及单硬脂酸乙二醇酯，其量分别为混合料重量的0.1％、0.04％、0.02％。
9.按权利要求2所述一种利于高粘结相硬质合金组织结构均匀性的湿磨方法，其特征在于所述钴粉的加入时间为在湿磨开始后18小时加入，其湿磨时间为30h，所述PEG1000，十二烷基苷及单硬脂酸乙二醇酯，其量分别为混合料重量的0.1％、0.04％、0.02％。
10.按权利要求2所述一种利于高粘结相硬质合金组织结构均匀性的湿磨方法，其特征在于所述钴粉的加入时间为在湿磨开始后24小时加入，其湿磨时间为24h，所述PEG1000，十二烷基苷及单硬脂酸乙二醇酯，其量分别为混合料重量的0.05％、0.02％、0.05％。
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