wcco硬质合金渗硼的研究与应用进展

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1、第23卷增刊硬质合金2006年9月V01．23SupplementCEMENTEDCARBIDE&p．2006≯赡业鞋船￥畚集集骤毒1前言WC—Co硬质合金渗硼的研究与应用进展张丽朱策余立新谭文生(江钻新锐硬质合金有限公司产品开发所，湖北潜江433124)摘要介绍了WC--Co硬质合金中硼的添加方式与机理，总结了目前硬质合金烧结过程渗硼和硼一稀土共渗的研究与应用进展，指出了硬质合金渗硼存在的问题，并提出了今后的发展方向。关键词WC—Co硬质合金渗硼硼一稀土共渗将非金属元素硼添加至硬质合金中的应用研究最早始于20世纪60年代，1969年联邦德国公开了一篇题为“含硼化

2、物的硬质合金”专利Ill，1970年民主德国又公开了一篇题为“含硼粘结剂的硬质合金”【21，拉开了硬质合金添加硼研究的序幕。最初采用的是传统的原料粉末中混入硼的办法，其效果比较有限。而自1988年以来有研究者13,41__改传统方法，采用在烧结时或烧结后向硬质合金以渗透的方式将硼转移到合金中，这种对硬质合金进行表面化学热处理的研究为改善和提高硬质合金物理机械性能提供了新的突破性的发展方向。渗硼已经成为现代化学热处理方法之一，单元渗硼和多元共渗以及复合渗在钢的表面处理方面已经获得了广泛的应用，而在硬质合金中的应用相对较少。在硬质合金渗硼过程中，硼原子借热化学作用渗入

3、到基体材料表面，与钨、钛、钴等形成各种硼化物，从而使合金表面获得改善。本文综述了WC—Co硬质合金进行硼的添加，特别是表面渗硼及硼一其它元素共渗的研究进展，总结了目前存在的问题，并展望了今后的发展方向。2硼的添加方式、效果和机理在硬质合金尤其是YG合金中添加微量元素硼的方式主要分为两种：一是微量硼在合金原料粉末混配中添加，二是在烧结过程中以扩散转移实现渗入方式添加。在硬质合金中添加微量硼，由于两种添加方式及添加工艺的不同，其作用机理及对合金性能所带来的影响也有所不同。2．1在合金原料粉末混配中添加微量硼在YG合金的生产中，将硼的氧化物或者碳化物粉末，按照0．05％

4、一0．50wt％的添加控制量12,51混入WC粉及Co粉的混合粉末中，通过乙醇介质湿式球磨48～72小时后，再经真空干燥、压制成坯，置于真空或者氢气保护气氛中，在1320。C一1440℃的温度下，经过20～60分钟烧结。制成含硼硬质合金。这种制造工艺基本上属于常规办法。据专利DL70755【习所述，这种合金可较之不添加硼的同类合金的耐磨性提高20％，用作切削工具，其使用寿命提高35％。这种添加微量硼的作用机理所作的解释是：每种合金成分，包括钴在内，都有一个较为固定的位移(位错)结构，在机械负荷作用下，产生新的位错，最终导致合金的塑性变形，而硼的存在即有阻碍这种位错

5、作用。追溯其原因，据认为这是由于硼元素在合金组织中是呈一个基原子嵌入钴的晶格，当硼在合金中含量在0．05％～O．50wt％时，硼原子具有通过对作者简介：张丽．女．1978年生．硕士．工程师．主要从事硬质合金及超硬材料领域的工作。硬质合金第23卷应力场的活化作用，使钴的晶格位错扩散，形成对位错的阻碍而致使粘结相强度提高，从而使合金的耐磨性也相应提高。2．2烧结过程中以扩散转移渗入方式添加硼1988年美国VermontAmerican公司最先用这种向硬质合金中添加微量硼的方法申请了专利阢41。方法是，在有含硼物料存在的条件下，对YG合金压坯进行烧结，使一定数量的硼以含

6、硼物料转移到压坯材料中，并自表面扩散到至少3mm深度的整个显微组织中去。硬质合金渗硼后，其渗层硬度可达HV2320-2760，提高54％-84％，并且具有良好的耐磨性、红硬性和小的摩擦系数。这一方法同时也可以作为已烧结的硬质合金零件的再处理。这种利用扩散渗入添加微量硼的方法也适用于其它牌号合金。据称：对中等粒度的WC—Co—TiC—TaC—NbC合金及WC—Co—TiC—TaC合金的试验也取得了成功131。因而，可以预料其它的碳化物也是可行的。从其机理来讲，硼的渗入引起合金组织中第三相的生成。这种第三相似乎起到了另一种粘结相的作用，它含有钴、少量的硼和碳，以及远比

7、一般粘结相要多的钨。这种第三相呈旋涡状或羽毛状结构，其平均尺寸大于一般粘结相的平均尺寸，象粘结荆那样将合金组织中呈直边的立方形、盒状或多角形的WC颗粒之间的空隙填充了。在第三相区域中，碳化物颗粒也以某种方式进行了反应，结果造成尺寸缩小而且变圆。第三相的存在使合金受到机械冲击产生的裂纹难以扩展贯穿整个材料而断裂，所以提高了合金的断裂强度，硼所导致的羽毛状结构的存在增强了合金的耐腐蚀性。在烧结过程中进行渗硼的研究还有硼与其它元素共渗方法，如硼镧、硼钇共渗，研究认为稀土与硼化物共渗，能提高催渗能力，强化合金性能。3硬质合金烧结过程渗硼的研究进展从目前的研究与应用方向来看

8、，对硬质合