通过渗碳处理制备钴相梯度硬质合金的方法技术

一种通过渗碳处理制备钴相梯度硬质合金的方法，将硬质合金压坯分别放入多个不同的密封容器内，并通过向各个密闭容器内放入不同重量质量的可裂解渗碳性气体物质，使得各个密闭容器内的硬质合金压坯在烧结时能够获得不同量的渗碳性气体，在硬质合金烧结过程中通过不同量的渗碳性气体进行的渗碳，从而获得不同钴相梯度的硬质合金。本发明专利技术利用投入的不同量的可裂解渗碳性气体物质裂解出不同的渗碳性气体对硬质合金压坯进行渗碳，可通过控制定量调节渗碳梯度差异，可以在同一炉中同时实现不同大小、不同梯度厚度的硬质合金产品的制备。

Preparation of cobalt gradient cemented carbide by carburizing

【技术实现步骤摘要】
通过渗碳处理制备钴相梯度硬质合金的方法
本专利技术涉及到一种改变硬质合金表面性能的方法，尤其是指一种利用烧结过程中裂解出含碳气体对硬质合金渗碳形成硬质合金的表面梯度结构，并通过渗碳处理制备钴相梯度硬质合金的方法；该种通过渗碳处理制备钴相梯度硬质合金的方法可以有效形成不同硬质合金的表面厚度梯度结构；同时，该方法也可以用于硬质合金混合料以钴或镍、铁中的一种或几种组合为粘结相，硬质相为钨、钛、钽、铌、钒、铬等难熔金属碳化物中的一种或几种的梯度硬质合金制备中；属于硬质合金生产

技术介绍
硬质合金具有很高的硬度与强度，在各行各业得到广泛的应用，从而被称为工业的牙齿，随着工业的发展，对作为工具的硬质合金的要求也越来越高。但一般来说，合金的硬度与韧性是一对矛盾的指标，如何在不降低其中一项指标的前提下，提高另一项指标的性能，以提高合金的使用寿命，是硬质合金广大科研工作者孜孜以求的目标。梯度硬质合金通过采用特殊的方法或工艺，使硬质合金内部的成份或性能根据使用要求呈梯度分布，将合金局部的性能与使用要求结合起来，达到提高硬质合金综合使用效果的目的。由于梯度合金的优异的性能，目前已有不少相关的文献报道，如专利号为CN101864554A的专利中介绍了一种将碳化钨粉、钴粉(Co)和立方碳氮化物或由这些立方化合物组成的固溶体添加剂混合制备成均匀的粉末混合料，并对粉末混合料进行压制，然后采用梯度烧结技术进行烧结(在1440℃下烧结，高温烧结后在脱N气氛下冷却)，在硬质合金基体表面形成一层粘结相富集表面区，在粘结相富集表面区下形成一层立方碳氮化合物富集区，该方法一般用于生产硬质合金涂层刀片基体，且需要合金组分中含有立方相，同时所得的梯度层厚度一般只有几十微米，这种方法不适合在不含立方相组份的合金中应用，同时无法制备厚度达几个毫米的梯度层；专利号为CN103817150A的专利中介绍了了一种梯度结构硬质合金辊环及其制造工艺，辊环外层和辊环芯部之间形成成分梯度，辊环外层和辊环芯部均有不同质量含量的硬质料、粘结料和/或添加剂，将硬质料、粘结料和/或添加剂球磨混料成为辊环球磨混料，将其干燥、掺蜡再干燥，把掺蜡的辊环外层球磨混料和掺蜡的辊环芯部球磨混料分层铺叠装粉，冷压成型成为辊环坯料，将辊环坯料进行烧结脱蜡成为硬质合金，经过热处理后成为硬质合金辊环，该分层法装粉压制的方法在生产小产品或形状复杂的产品时具有效率低甚至无法生产、且产品变形量大的特点，无法在小产品上推广应用；专利号为CN108149183A的专利中介绍了：将硬质合金放入以石墨作为加热体的低压烧结炉中，通入还原性气体、渗碳性气体和惰性气体的混合气体，室温下以2～10℃/分钟的升温速率升温至1000℃，再以2～5℃/分钟的升温速率升温到1300～1400℃，保温30～180分钟进行渗碳处理，然后降温进行扩散处理，最后降温至室温得到表层硬度梯度分布的硬质合金。专利号为CN107267837B的专利介绍了一种梯度硬质合金的制备方法，通过配制WC-Co粉末；调节WC-Co粉末的碳含量，以亚化学当量计算碳含量上限和下限；加入成型剂；压制成坯；脱除成型剂；真空烧结；渗碳热处理，升温至900~1200℃，对真空烧结体进行渗碳热处理，以脉冲方式通气体；升温至1275~1325℃，进行Co相迁移处理；升温至1380~1450℃，通入Ar气，保持压力为10~20毫巴；压力烧结；快速冷却至1270℃；再从1270℃冷却至室温，出炉得到梯度硬质合金。上述两个专利中所介绍的方法都是向炉膛中通入渗碳性气体，由于不同大小的产品，表面积不同，与气体反应的速度不同，导致产品的梯度层的厚度无法控制；同时当炉膛较大时，炉膛中的各部位的气体浓度差异较大，也会导致同一炉产品的梯度层厚无法精确控制。对目前为止，如何针对不同大小产品批量制得梯度层厚度在几个毫米以上且能精确控制梯度厚度的产品仍是广大硬质合金企业面临的问题，尤其是如何根据需要能简便地实现钴相梯度尚有没有找到很好的方法。因此很有必要对此加以改进。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有钴相梯度合金制作，梯度层厚无法精确控制的不足，提出一种新型的制备钴相梯度硬质合金的方法，该种制备钴相梯度硬质合金的方法可以有效解决目前不同大小产品在同一炉中无法批量制备出相同的梯度层厚度并精确控制的问题。同时，该方法也可以用于硬质合金混合料以钴或镍、铁中的一种或几种组合为粘结相，硬质相为钨、钛、钽、铌、钒、铬等难熔金属碳化物中的一种或几种的梯度硬质合金制备中。为了达到这一目的，本专利技术提供了一种通过渗碳处理制备钴相梯度硬质合金的方法，将硬质合金压坯分别放入多个不同的密封容器内，并通过向各个密闭容器内放入不同重量的可裂解渗碳性气体物质，使得各个密闭容器内的硬质合金压坯在烧结时能够获得不同量的渗碳性气体，在硬质合金烧结过程中通过不同量的渗碳性气体进行的渗碳，从而获得不同钴相梯度的硬质合金。进一步地，所述的将硬质合金压坯分别放入多个不同的密封容器内是将待烧结的硬质合金压坯按照所希望获得钴相梯度，分别放入不同的带盖密封容器内，并在将硬质合金压坯放入时同时放入不等量的可裂解渗碳性气体物质，然后将密封容器封闭起来，送入硬质合金烧结炉进行烧结。进一步地，所述的放入不等量的可裂解渗碳性气体物质是根据钴相梯度确定烧结时需要单位表面积所需的裂解出渗碳性气体的量，再根据所放入的硬质合金压坯的表面面积确定所需的可裂解渗碳性气体物质，以保证通过渗碳所形成硬质合金的钴相梯度结构。进一步地，所述的可裂解渗碳性气体物质为有机物块，通过有机物块在烧结时的裂解形成渗碳性气体。进一步地，所述的有机物块包括橡胶块、石蜡块，或橡胶与石蜡组合物。进一步地，所述的密闭容器为耐高温材料制作的可封闭容器，且所述的耐高温材料在烧结温度下不与硬质合金中的任一组分反应或互溶，也不会挥发出其他有害杂质。进一步地，所述的耐高温材料包括石墨、致密白刚玉或莫来石。进一步地，所述的可封闭容器包括带盖石墨盒，带盖石墨盒由石墨盒体和石墨盖组成，石墨盒体为上部敞口的容器，石墨盖旋扣在石墨盒体的敞口部分，形成可封闭容器。进一步地，所述的带盖石墨盒上加装有活动阀门，通过活动阀门保证在烧结过程中当盒内裂解出渗碳性气体时，阀门处于关闭状态，渗碳性气体不易逸出；但在压力烧结阶段，当炉中充入高压气体时，高压气体能够冲开阀门顺利进入石墨盒内对硬质合金压坯进行加压而不损坏容器。进一步地，所述的硬质合金烧结过程中通过不同量的渗碳性气体进行的渗碳是在烧结过程中，密闭容器中的有机物块裂解出渗碳性气体，渗碳性气体会在硬质合金压坯表面进一步裂解出碳，从而使硬质合金压坯表层碳含量高于硬质合金压坯芯部；当硬质合金压坯中出现液相后，由于液相出现的时间、数量与碳含量有关，碳含量越高，出现液相的时间越早，液相的数量也越多；在烧结过程中，硬质合金压坯表层在渗碳性气体的作用下碳含量升高，硬质合金压坯表层液相会先出现，并向硬质合金压坯芯部流动；当烧结完成后，硬质合金压坯中形成表层钴含量低、芯部钴含量高的梯度合金结构，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过渗碳处理制备钴相梯度硬质合金的方法，其特征在于：将硬质合金压坯分别放入多个不同的密封容器内，并通过向各个密闭容器内放入不同重量质量的可裂解渗碳性气体物质，使得各个密闭容器内的硬质合金压坯在烧结时能够获得不同量的渗碳性气体，在硬质合金烧结过程中通过不同量的渗碳性气体进行的渗碳，从而获得不同钴相梯度的硬质合金。/n

【技术特征摘要】
1.一种通过渗碳处理制备钴相梯度硬质合金的方法，其特征在于：将硬质合金压坯分别放入多个不同的密封容器内，并通过向各个密闭容器内放入不同重量质量的可裂解渗碳性气体物质，使得各个密闭容器内的硬质合金压坯在烧结时能够获得不同量的渗碳性气体，在硬质合金烧结过程中通过不同量的渗碳性气体进行的渗碳，从而获得不同钴相梯度的硬质合金。


2.如权利要求1所述的通过渗碳处理制备钴相梯度硬质合金的方法，其特征在于：所述的将硬质合金压坯分别放入多个不同的密封容器内是将待烧结的硬质合金压坯按照所希望获得钴相梯度，分别放入不同的带盖密封容器内，并在将硬质合金压坯放入时同时放入不等量的可裂解渗碳性气体物质，然后将密封容器封闭起来，送入硬质合金烧结炉进行烧结。


3.如权利要求2所述的通过渗碳处理制备钴相梯度硬质合金的方法，其特征在于：所述的放入不等量的可裂解渗碳性气体物质是根据钴相梯度确定烧结时需要单位表面积所需的裂解出渗碳性气体的量，再根据所放入的硬质合金压坯的表面面积确定所需的可裂解渗碳性气体物质，以保证通过渗碳所形成硬质合金的钴相梯度结构。


4.如权利要求3所述的通过渗碳处理制备钴相梯度硬质合金的方法，其特征在于：所述的可裂解渗碳性气体物质为有机物块，通过有机物块在烧结时的裂解形成渗碳性气体。


5.如权利要求3所述的通过渗碳处理制备钴相梯度硬质合金的方法，其特征在于：所述的有机物块包括橡胶块、石蜡块，或橡胶与石蜡组合物。


6.如权利要求1所述的通过渗碳处理制备钴相梯度硬质合金的方法，其特征在于：所述的密闭容器为耐高温材料制作的可封闭容器，且所述的耐高温材料在烧结温度下不与硬质合金中的任一组分反应或互溶，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建国，潘思尧，
申请(专利权)人：株洲肯特硬质合金有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43