使用晶粒生长抑制剂来制造碳化钨/钴系硬质合金的方法

摘要

本发明涉及碳化钨/钴系硬质合金的制造方法,该方法涉及在制造碳化钨/钴系硬质合金的初期阶段将W和Co的水溶性盐进行混合时,添加含晶粒生长抑制剂V、Ta、Cr成分的水溶性盐,以制造晶粒生长抑制剂均一分散的粉末,藉此在硬质合金的制造工序的烧结阶段中,有效控制WC的异常生长,从而制造提高了机械性能的碳化钨/钴系硬质合金。

说明书

本发明涉及碳化钨/钴系(WC/Co)硬质合金的晶粒生长抑制剂的化学的添加方法，详细地说，是涉及在作为硬质合金主成份的WC和Co粉末制造的初期阶段，化学地添加晶粒生长抑制剂的方法。

WC/Co系硬质合金，一般是在碳化钨那样非常硬的金属间化合物中，添加结合体钴粉末，在此状态下压缩成形，在高温下加热后烧结，利用其作为刀头或钻头等切削工具的材料。

上述WC/Co系硬质合金的机械性能，其机械特性受结合金属钴相的量和碳化钨晶粒的粒度及碳化钨晶粒间距离影响。一般而言，碳化钨晶粒越是微细，机械特性越增加。因此，在制造WC/Co系硬质合金时，为抑制晶粒的生长，要添加晶粒生长抑制剂进行制造。

在现有的制造硬质合金的方法中，为消除发生WC晶粒异常生长的问题，用球磨工序等机械方法将晶粒生长抑制剂VC、TaC、Cr碳化物添加到硬质粉末中，但是要将粒子尺寸小的微粒化形态的微粒硬质粉末和1.0μm程度尺寸的晶粒生长抑制剂均一混合，是困难的和有限度的。因此既使在混合后，晶粒生长抑制剂的分布也不均一，仍然具有烧结后部分WC晶粒非正常生长的问题。

因而，本发明所解决的技术课题，就在于提供一种WC/Co系硬质合金的制造方法，为了消除上述问题，在粉末制造的初期阶段，化学添加晶粒生长抑制剂VC、TaC、Cr碳化物，以分子状态进行均一混合，籍此同时进行硬质粉末的还原渗碳和晶粒生长抑制剂的还原渗碳，使得在工序单一化的同时，提高晶粒的微细化和均一度。

为完成上述技术课题，本发明由以下工序构成，在现有的制造硬质合金的方法的初始粉末制造工序中，在含作为硬质合金主成分的W和Co水溶性盐中，混合含晶粒生长抑制剂V、Ta、Cr成分的水溶性盐。

以下参考附图并通过实施例对本发明进行更为详细的说明，在附图中：

图1是显示WC/Co系硬质粉末的制造工序的图。

图2a是显示本发明脱氯工序后的粉末的照片。

图2b是WC/Co系硬质粉末的照片。

图3a是用作为现有技术的机械添加生长抑制剂的方法制造的硬质合金的组织图。

图4是对用现有的添加方法和本发明的添加方法制造的硬质合金制品的硬度进行比较的曲线图。

图5是对用现有的添加方法和本发明的添加方法的抗切强度进行比较的曲线图。

本发明的构成如下，在含钨和钴金属成分的水溶性盐偏钨酸铵[(NH₄)₆(H₂W₁₂O₄₀)·4H₂O，AMT]和硝酸钴[Co(NO₃)₂·6H₂O]中，以适当的比例混合晶粒生长抑制剂钒酸铵(AMV)和硝酸铬、或氯化钽，再用水溶解。

当然，要对混合的水溶性盐等进行喷雾干燥以制造初始的粉末，所制造的初始粉末通过脱氯工序，为渗碳与碳化物混合粉碎的球磨工序，以及渗碳、还原工序，从而制造硬质粉末。

以下对实施例进行叙述。

将含有W和Co金属成分的水溶性盐偏钨酸铵[AMT，(NH₄)₆(H₂W₁₂O₄₀)·4H₂O]、硝酸钴[Co(NO₃)₂·6H₂O]和作为晶粒生长抑制剂使用的V水溶性盐，按照最终成份为WC—10重量％Co—0.7重量％VC进行秤量，然后溶于水，制造成溶液。

使用开放型的喷雾干燥器，在保持200℃～300℃的吸入热风温度和100℃以上的排出热风温度的状态下，将所制造的溶液进行喷雾、干燥，结果得到的初始粉末是分子尺寸的超微粒W、Co和晶粒生长抑制剂的金属盐成分等均一混合形成的球形粒子，粒度分布为20～50μm。

将上述的初始粉末在大气气氛中加热到400℃，除去氯和残存水份，生成凝集氧化钨、氧化钴和晶粒生长抑制剂V氧化物的氧化物复合物，可以确认结果为图2a所示的形状。将结束脱氯工序的氧化物复合粉末与炭黑混合后，利用回转式球磨法在大气中进行24小时球磨，结果可知氧化物粒子没有相变、粒子粉碎、碳和氧化物的粉末均一混合。

球磨后的超微粒复合氧化物在800℃的非氧化性气氛中热处理24小时，此时，考虑氧化物的还原和经受脱碳，再添加与化学量存值相比为1.5～2.0倍的炭黑的混合物。使用H₂作为反应气体，用显微镜观察所制造的WC/Co系硬质粉末，结果可知如图2b所示，碳化物平均粒子达到100nm。

此外，为比较涉及机械性能的晶粒生长抑制剂添加方法的效果，在图3中对用本实施例的添加方法即化学方法实施的硬质合金组织和用现有的机械添加方法制造的硬质合金组织进行了比较。

由图3的结果可知，用本发明添加方法得到的组织，可见到比机械方法时更均一微细的组织，可知WC连续维持了没有初期生长的球形粒子的形态。造成这一情况的原因，是由于本发明的化学的添加方法使得在组织内均一分布，从而在烧结阶段有效地控制了WC的生长。

另外，对硬度作比较可以得到图4所示的结果。由图4可见，用本发明的化学方法添加和用机械方法添加相比，表现出了更高的硬度，这是由于在初期用化学方法添加晶粒生长抑制剂可使晶粒生长抑制剂均一分散在组织内，抑制了WC的生长，使微细的WC晶粒均一分布。

另外，比较抗切强度后可得到图5所示的结果。如图5所示可知，本发明的添加方法与机械添加方法相比，具有优良的抗切强度。

综合上述内容可知，采用本发明的化学方法添加晶粒生长抑制剂，与现有的机械添加方法相比构成了更均匀的分布，在烧结阶段有效地控制了WC的生长，并由此提高了机械性能。

本发明有以下效果：通过制造晶粒生长抑制剂均一分散在硬质粉末中的粉末，在烧结阶段有效地抑制了WC的异常生长，从而使机械性能提高；而且通过使制造工序单一化，使WC/Co系硬质合金的制造成本降低。