一种梯度硬质合金的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种梯度硬质合金的制备方法，其中高温气氛热处理的方法为：将待处理的原始合金放入装有α氧化铝填料的石墨舟皿中，将需要处理的表面暴露在填料之上；装好产品的石墨舟皿推入管式烧结炉中，舟皿通过推杆装置在炉管中从前向后移动，依次经过低温区、高温区和冷却区，纯氢气或氢气与甲烷的混合气体由炉尾部逆向进入炉管；在高温区1300

【技术实现步骤摘要】
一种梯度硬质合金的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种梯度硬质合金的制备方法，特别涉及通过连续性管式烧结炉热处理制备梯度硬质合金的方法。

技术介绍

[0002]梯度硬质合金是在传统的硬质合金基础上通过热处理过程达到合金表面到合金内部连续的不同的组织及性能的合金。有表面富钴合金与表面贫钴合金两种。达到这种梯度合金的方法目前主要为高温气氛烧结法，即将合金在高于液相温度点的温度下，通过渗碳的气氛(甲烷)或者脱碳气氛(氢气)使得合金表面碳含量发生变化，从而产生合金从表面到内部的碳含量梯度，而这种碳含量的变化会带来组织中钴含量的迁移达到合金表面富钴或贫钴的效果。
[0003]目前的梯度合金生产工艺中，高温气氛烧结普遍在间歇式的多气氛真空炉中进行，首先由于炉膛体积较大，气氛烧结过程中不能确保每个位置产品的气氛一致性，导致产品梯度的差异化；另外由于合金在炉中是全部暴露与气氛气体之中，导致产品所有表面都出现梯度效果，不能使产品某个指定表面形成梯度。同时由于间歇性炉子的特点是升温处理工艺在同一炉次中是相同的，不能调节，往往一炉次内只能处理一个品种的产品，造成产品品种单一呆滞。如果将不同品种的产品放一起进行热处理，不同尺寸大小的产品，表面积不一样，与气体反应的速度不同，也会导致不同大小的产品的梯度无法控制。因此间歇式真空炉难以实现工业化连续大批量生产。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是，提供一种可以进行连续化生产的产品梯度效果稳定、可以实现指定梯度面的梯度硬质合金制备方法。
[0005]本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种梯度硬质合金的制备方法，所述方法包括制备原始合金和原始合金的高温气氛热处理，其特征在于所述高温气氛热处理的方法为：
[0007]将待处理的原始合金放入装有α氧化铝填料的石墨舟皿中，将原始合金半埋入氧化铝中，将需要处理的表面暴露在填料之上，无需处理的表面用氧化铝填料包裹覆盖；
[0008]装好产品的石墨舟皿推入管式烧结炉中，所述管式烧结炉为推杆式烧结炉，所述推杆式烧结炉包括炉管和贯穿炉管的推杆装置，所述炉管从前向后依次分为低温区、高温区和冷却区，舟皿通过推杆装置在炉管中从前向后移动，依次经过低温区、高温区和冷却区，纯氢气或氢气与甲烷的混合气体由炉尾部逆向进入炉管，从后向前流动；在高温区1300
‑
1370℃温度下，石墨舟皿在高温区的炉管中移动保温2～3小时，然后进入冷却区，降温至室温后出炉，纯氢气气氛下制得表面富钴的梯度硬质合金，氢气与甲烷的混合气体气氛下制得表面贫钴的梯度硬质合金。
[0009]进一步，所述氢气与甲烷的混合气体中，氢气与甲烷的流量比优选为100:1
‑
100:
5。
[0010]进一步，所述纯氢气或氢气与甲烷的混合气体中，氢气的流量为10
‑
20升/分钟。
[0011]进一步，所述低温区的温度为900～1100℃。
[0012]本专利技术中，推杆式烧结炉的炉管从前向后依次分为低温区、高温区和冷却区，产品从低温区进入经过高温区最后进入冷却区，完成逐步加热升温
‑
保温
‑
冷却的全过程。
[0013]低温区的材料为耐热陶瓷炉管，由单独变压器控制的电阻丝加热，加热最高温度可达1100℃。
[0014]高温区的材料为耐高温陶瓷炉管，由单独变压器控制的电阻丝加热，加热最高温度可达1500℃，实际温度可由控制系统与变压器进行调节；在本专利技术中，高温区保温温度优选为1300
‑
1370℃，更优选1340～1350℃。
[0015]冷却区域采用带水冷夹套的不锈钢炉管，起到降温作用。
[0016]由于炉管各区域长度固定，产品在各区域炉管中移动存留的时间可由产品的实时移动速度进行控制。
[0017]本专利技术的原理在于，氢气与甲烷的混合气体气氛下，在1300
‑
1370℃温度下，露出氧化铝填料的合金组织表面由于钴等粘结金属的催化作用，使炉管中的甲烷气体分解为碳和氢气，碳沉积在合金表面使得合金表面碳量增高，表层碳含量高于芯部碳含量，引起钴相由合金表面向合金内部迁移，得到表面贫钴的梯度效果；氢气气氛下，由于氢气的还原作用，使合金表面的碳含量降低，引起钴相由合金内部向合金表面迁移，得到表面富钴的梯度效果。
[0018]进一步，所述装好产品的石墨舟皿顶端开口可覆盖一个石墨盖板，所述石墨盖板上布有多个通气孔。此石墨盖板可以起到均匀石墨舟内气氛的作用，避免舟皿前部与后部因气氛气体流向不同造成气氛不均匀。
[0019]进一步，所述通气孔的直径可以为1～10mm。
[0020]所述石墨盖板上的多个通气孔优选均匀分布。
[0021]原始合金进行热处理前，可进行震磨处理，达到表面光洁状态。
[0022]进一步，所述冷却区中的降温过程一般为4
‑
5小时，降温至室温。
[0023]本专利技术方法中，α氧化铝用于包裹覆盖合金无需处理的表面，氧化铝可起到阻隔气氛渗入的作用。
[0024]进一步，本专利技术的石墨舟皿优选采用等静压石墨材料，抗氢气、甲烷腐蚀性强，材质密度高，工艺气体不容易穿过舟皿进入到舟皿内部引起合金除梯度面以外其他部位的成分变化。而普通舟皿为高强石墨，石墨内气孔率高，工艺气体容易穿透石墨进入到舟皿内部，舟皿也容易在氢气影响下腐蚀生成CH4气体改变工艺气体的成分比例。
[0025]本专利技术中，通过调整石墨舟皿的移动速度，可控制石墨舟皿在炉管中的处理时间。
[0026]进一步，推杆装置通过变频器与电机传动，控制石墨舟皿前进移动的速度。
[0027]所述的原始合金为碳不饱和的混合料制得的硬质合金，磁饱和值在80％
‑
95％。
[0028]进一步地，所述的原始合金是以钴或镍、铁中的一种或几种组合为粘结相，钨、钛、钽、铌、钒、铬等难熔金属碳化物中的一种或几种为硬质相，混合后制得的压胚。制备原始合金的方法是本领域技术人员公知的。
[0029]其中最常见为钨钴类硬质合金或钨钛钴类硬质合金。
[0030]本专利技术还提供一种制备梯度硬质合金的高温气氛热处理方法，所述方法为：
[0031]将待处理的原始合金放入装有α氧化铝填料的石墨舟皿中，将原始合金半埋入氧化铝中，将需要处理的表面暴露在填料之上，无需处理的表面用氧化铝填料包裹覆盖；
[0032]装好产品的石墨舟皿推入管式烧结炉中，所述管式烧结炉为推杆式烧结炉，所述推杆式烧结炉包括炉管和贯穿炉管的推杆装置，所述炉管从前向后依次分为低温区、高温区和冷却区，舟皿通过推杆装置在炉管中从前向后移动，依次经过低温区、高温区和冷却区，纯氢气或氢气与甲烷的混合气体由炉尾部逆向进入炉管，从后向前流动；在高温区1300
‑
1370℃温度下，石墨舟皿在高温区的炉管中移动保温2～3小时，然后进入冷却区，降温至室温后出炉，纯氢气气氛下制得表面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种梯度硬质合金的制备方法，所述方法包括制备原始合金和原始合金的高温气氛热处理，其特征在于所述高温气氛热处理的方法为：将待处理的原始合金放入装有α氧化铝填料的石墨舟皿中，将原始合金半埋入氧化铝中，将需要处理的表面暴露在填料之上，无需处理的表面用氧化铝填料包裹覆盖；装好产品的石墨舟皿推入管式烧结炉中，所述管式烧结炉为推杆式烧结炉，所述推杆式烧结炉包括炉管和贯穿炉管的推杆装置，所述炉管从前向后依次分为低温区、高温区和冷却区，舟皿通过推杆装置在炉管中从前向后移动，依次经过低温区、高温区和冷却区，纯氢气或氢气与甲烷的混合气体由炉尾部逆向进入炉管，从后向前流动；在高温区1300
‑
1370℃温度下，石墨舟皿在高温区的炉管中移动保温2～3小时，然后进入冷却区，降温至室温后出炉，纯氢气气氛下制得表面富钴的梯度硬质合金，氢气与甲烷的混合气体气氛下制得表面贫钴的梯度硬质合金。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述氢气与甲烷的混合气体中，氢气与甲烷的流量比为100:1
‑
100:5。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述纯氢气或氢气与甲烷的混合气体中，氢气的流量为10
‑
20升/分钟。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述低温区的温度为900～1100℃。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述所述装好产品的石墨舟皿顶端开口覆盖一个石墨盖板，所述石墨盖板上布有...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙志远，金佳男，吕晟，吴丽萍，郭伟波，
申请(专利权)人：浙江恒成硬质合金有限公司，
类型：发明
国别省市：