WC-Co类硬质合金制品烧结用涂料制作及使用研究

2020-10-27黄清松王慧枝候锡民

江西化工 2020年5期

黄清松王慧枝候锡民于磊

(南昌硬质合金有限责任公司，江西南昌 330013)

1 前言

随着硬质合金加工行业近几年飞速发展，硬质合金市场环境竞争越来越激烈，客户对硬质合金生产厂家产品质量提出更为严格的要求。硬质合金压坯经过烧结后，会产生一些产品弯曲、变形、脱渗碳等缺陷。往往这些合金产品缺陷和烧结涂料选择有关。

硬质合金压坯置于石墨舟板上烧结时，会发生渗碳、粘舟等问题，从而影响合金制品质量，甚至造成大量废品发生，当硬质合金成份中钴含量高时尤其如此[1，2]。为解决上述问题，可以采用在石墨舟板表面涂敷一层保护性涂层[3，4]。现有方法是：化学气相沉积(CVD)；等离子喷涂(如用热喷涂方法涂上一层ZrO2一稀土氧化物)；手工涂刷或机械喷涂保护性涂料；于石墨舟板和产品压坯之间放置一张Al2O3纸或石墨纸。

本文选择了手工涂刷或机械喷涂保护性涂料方法。它成本较低，所使用设备和操作简单。于是，这里研究了烧结用涂料的成份、配比以及工艺作法等，以便更有成效地用于硬质合金烧结过程。

2 实验

本实验先通过研究两种碳素粉末单独的成浆效果，选择此两种粉末合适的配比制成实验所需复合碳素粉；利用复合碳素粉对不同添加量Al2O3、ZrO2对WC-9%Co合金和WC-20%Co合金相关性能的影响进行研究。

2.1 实验原料

涂料用碳素粉末类：N330碳黑、石墨粉。

涂料用氧化物类：Al2O3、ZrO2。

其他：复合有机溶剂、纯净水、WC-9%Co合金压坯、WC-20%Co合金压坯。

2.2 实验方法

2.2.1 碳素材料制浆

分别取三种碳素粉末，对每种粉末按照表1比例进行配制，混合均匀制成浆，用毛刷将此浆刷在石墨槽板上，对其光滑度及均匀性进行判定。

表1 两种碳素制浆配比

2.2.2 各种成分配比的涂料对WC-9%Co合金压坯烧结实验

已有的烧结实验表明：单纯的碳素粉料涂料大体上能够用于含钴量较低的硬质合金。对于含钴量更高的硬质合金，多数采用掺配的氧化物粉末来改善，曾经为烧结涂料选用的氧化物有：氧化镁、氧化铝、氧化锆、稀土氧化物等。本研究选用氧化铝和氧化锆进行实验，实验合金样品选择WC-9%Co粗晶粒合金。

依表2所列成份做成10种不同成份涂料，分别涂敷于石墨舟上。放置尺寸为5.5mm*6.25mm*20mm长条状WC-9%Co硬质合金压坯，并于1425℃烧结。对烧结后合金密度、抗弯强度、弯曲度、硬度、相对磁饱和以及涂料的防粘效果进行检测。

表2 含各种组分涂料中氧化物组成

2.2.3 各种成分配比的涂料对WC-20%Co合金压坯烧结实验

使用表2中编号1～9的涂料，分别涂敷于石墨舟上，放置尺寸为5.5mm*6.25mm*20mm长条状WC-20%Co硬质合金压坯，并于1425℃烧结。对烧结后磁饱和、相对磁饱和以及涂料的防粘效果进行检测。

3 结果分析与讨论

3.1 涂料中碳素材料成份

碳素材料粉末都是属于微米细粉。为了顺利制成料浆，首先应对它的成浆性能进行判定，实验结果见表3。

表3 各种碳素制浆效果

从表3结果中可知，纯净水与碳素材料N330碳黑、新疆碳黑、石墨粉添加量分别是4：1、1.2：1、1：1.5时制作的料浆较均匀。石墨粉最易成浆，N330碳黑成浆需要的水最多。我们用扫描电子显微镜对本研究采用的几种固体原料粉末(N330碳黑、新疆碳黑、石墨粉)进行了微观形貌观察，参见图1。从微观形貌图中，可以看出：石墨粉颗粒较粗，成浆需要用较少的水是很自然的。N330碳黑颗粒极细(≤0.1um)，为了使其成浆显然需要更多的水。但是从另一个角度分析，N330碳黑颗粒很细，成浆后稳定性会好一些，不易沉淀分离。

依前所述，我们预先设定的涂料含水要求为(≤60%)。若用一种碳素粉末显然得不到预期效果，比如N330碳黑成浆需要较多的水，使得涂料含固量太低，为了达到往石墨舟板上敷层厚度需要反复涮敷多次。这不仅废工，而且刷涂效果也不太好。石墨粉成浆效果虽好，但其粉末颗粒粗大，悬浮能力欠佳。通过实际调配观察本研究中确定了两种碳素材料合适比例为：N330碳黑：石墨粉=0.5-1.0：0.5-2.0。当把这种配比的碳素材料(下文称复合碳素粉)经过适当的球磨处理好即可制作含水量≤60%浆液稳定性良好的烧结涂料。