对孔隙度和膜厚进行控制的硬质合金压制品烧结用隔层

技术领域

本发明涉及硬质合金烧结用隔层的表面防护技术，特别是涉及一种影响因素多、技术要求严格的对孔隙度和膜厚进行控制的硬质合金压制品烧结用隔层。

背景技术

硬质合金是以高硬度难熔金属的碳化物粉末为主要成分，以钴或镍、铁为粘结剂，在真空炉中烧结而成的粉末冶金制品。在高温烧结过程中，钴或镍、铁以液态形式存在，液态物质的质量、纯净度、冷却均匀性均有较高的要求，必须对液相物质直接接触承烧板进行表面防护，从而在烧结后钴或镍、铁无质量损失、无杂质、均匀分布。

承烧板的表面防护技术包含多种，技术要点主要集中在承烧板附着隔层的成分、制备方法。中国专利文献CN104017396A、中国专利文献CN105419408A所公开的隔层配方主要为氧化铝和石墨粉末，并详细规定了配方物理特性。中国专利文献CN104761933A、中国专利文献CN102744404A则公开了分别采用机械混合和等离子技术制备承烧板上的表面防护隔层，二者因制备方法的不同其隔层的使用效果也不同。上述专利文献的技术要点主要强调了隔层在制备过程中的制备控制点，对其制备后的宏观特性没有进行描述，宏观特性和制备过程中的控制因素之间的相互关系更是未提及。

硬质合金烧结用隔层制备后特性指标的管控可有效保证隔层的使用稳定性，特性指标的管控在制备环节约束其制备控制点，形成对隔层制备和使用的良性循环。不同隔层的配方和制备方法对其制备控制点要求不同，但其制备后特性指标相对一致，隔层膜厚和孔隙度即为重要的特性指标，膜厚和孔隙度将影响硬质合金粉末成型体与承烧板之间的反应程度、隔层与承烧板结合力、隔层失效时长、隔层表面质量、隔层热稳定性等。

现有的公开文献中，未提及有关利用隔层材料和成型工艺来控制隔层孔隙度和膜厚。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种对孔隙度和膜厚进行控制的硬质合金压制品烧结用隔层，是利用隔层材料和成型工艺来控制隔层的孔隙度和膜厚，使得制作的隔层不与硬质合金反应的同时，增加使用寿命。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种对孔隙度和膜厚进行控制的硬质合金压制品烧结用隔层，是制作在硬质合金压制品烧结用的承烧板上，所述隔层是由两种及以上氧化物，采用火焰喷涂技术，成型在承烧板上；所述隔层由打底层和功能层两部分组成，所述打底层由Al2O3、SiO2氧化物组成，所述功能层由Al2O3、TiO2、SiO2、MgO、Cr2O3和ZrO2中的一种或多种氧化物组成；所述隔层的总孔隙度为10％～30％，总膜厚为50um～300um，隔层成型气体选择丙烷、氧气，在预置的气体压力下，熔融的隔层材料以预置的进给速度喷涂在距离5mm～200mm的经过预处理的承烧板表面上，使其润湿承烧板，通过液态合金与固态承烧板表面的相互溶解、扩散，在喷枪0.01m/s～0.10m/s的移动速度下沿XY设定轨迹运动形成呈冶金结构并具有预置性能的表面熔覆层。

所述预置的气体压力为0.5MPa～5MPa。

所述预置的进给速度为1×10

所述打底层的孔隙度为10％～20％，功能层的孔隙度为10％～40％。

所述打底层的膜厚为10um～100um，所述功能层的膜厚为40um～200um。

所述打底层中，SiO2成份含量≤40％wt.％打底层氧化物总含量。

所述功能层由A成分和B成分组成，所述A成分为Al2O3，所述B为TiO2、SiO2、MgO、Cr2O3和ZrO2中的一种或多种，且B成分含量在≤50％wt.％功能层氧化物总含量。

所述硬质合金为钨钴类时，所述隔层的总孔隙度为10％～30％，总膜厚为100um～300um。

所述硬质合金为钨钛钴类时，所述隔层的总孔隙度为10％～25％，总膜厚为50um～150um。

所述硬质合金为钨钛钽钴类时，所述隔层的总孔隙度为10％～20％，总膜厚为60um～200um。

本发明的硬质合金压制品烧结用隔层的孔隙度，是使用日立S-3700N扫描电子显微镜对隔层截面形貌进行拍摄，采用图像处理软件进行孔隙度统计，并采用压汞仪检测隔层中的通孔。本发明的硬质合金压制品烧结用隔层的膜厚，是采用千分尺测量获得。

本发明的硬质合金烧结用隔层的孔隙度和膜厚控制，采用了热喷涂技术，这里的热喷涂技术为火焰喷涂技术。火焰喷涂，是指利用气体燃烧火焰的高温将喷涂材料(金属丝或粉末)熔化，并用压缩空气流将它喷射到承烧板表面上形成涂层。火焰喷涂是用火焰为热源，将金属与非金属材料加热到熔融状态，在高速气流的推动下形成雾流，喷射到基体上，喷射的微小熔融颗粒撞击在基体上时，产生塑性变形，成为片状叠加沉积涂层。火焰喷涂是利用燃气乙炔、丙烷、甲基乙炔一丙二烯(MPS)、氢气或天然气与助燃气体氧混合燃烧作为热源，喷涂材料则以一定的传输方式进入火焰，加热到熔融或软化状态，然后，依靠气体或火焰加速喷射到基体上。火焰喷涂分为丝材火焰喷涂和粉末火焰喷涂。本发明采用的是丝材火焰喷涂，丝材火焰喷涂是以氧丙烷火焰为热源，在0.5MPa～5MPa的气体压力下，熔融的隔层材料以1×10

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

本发明的隔层结构分为打底层和功能层，隔层的总孔隙度为10％～30％，其中打底层的孔隙度在10％～20％，功能层的孔隙度在10％～40％，隔层的总膜厚为50um～300um，其中打底层的膜厚在10um～100um，功能层的膜厚在40um～200um。孔隙度和膜厚的控制结果根据硬质合金压制品的烧结需求而不同，使得制作的隔层不与硬质合金反应的同时，增加隔层的使用寿命。

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种对孔隙度和膜厚进行控制的硬质合金压制品烧结用隔层不局限于实施例。

具体实施方式

实施例

本发明的一种对孔隙度和膜厚进行控制的硬质合金压制品烧结用隔层，是制作在硬质合金压制品烧结用的承烧板上，所述隔层是由两种及以上氧化物，采用火焰喷涂技术，成型在承烧板上；所述隔层由打底层和功能层两部分组成，所述打底层由Al2O3(氧化铝)、SiO2(二氧化硅)氧化物组成，所述功能层由Al2O3(氧化铝)、TiO2(二氧化钛)、SiO2(二氧化硅)、MgO(氧化镁)、Cr2O3(氧化铬)和ZrO2(二氧化锆)中的一种或多种氧化物组成；所述隔层的总孔隙度为10％～30％，总膜厚为50um～300um，隔层成型气体选择丙烷、氧气，在0.5MPa～5MPa的气体压力下，熔融的隔层材料以1×10

所述硬质合金采用粉末冶金技术，通过压制形成具有特定几何形状的硬质合金压制品，将压制品放置在本发明隔层上进行烧结。

本发明的硬质合金烧结用隔层的孔隙度和膜厚控制，采用了热喷涂技术，这里的热喷涂技术为火焰喷涂技术。火焰喷涂，是指利用气体燃烧火焰的高温将喷涂材料(金属丝或粉末)熔化，并用压缩空气流将它喷射到承烧板表面上形成涂层。火焰喷涂是用火焰为热源，将金属与非金属材料加热到熔融状态，在高速气流的推动下形成雾流，喷射到基体上，喷射的微小熔融颗粒撞击在基体上时，产生塑性变形，成为片状叠加沉积涂层。火焰喷涂是利用燃气乙炔、丙烷、甲基乙炔一丙二烯(MPS)、氢气或天然气与助燃气体氧混合燃烧作为热源，喷涂材料则以一定的传输方式进入火焰，加热到熔融或软化状态，然后，依靠气体或火焰加速喷射到基体上。火焰喷涂分为丝材火焰喷涂和粉末火焰喷涂。本发明采用的是丝材火焰喷涂，丝材火焰喷涂是以氧丙烷火焰为热源。

本发明的硬质合金烧结用隔层，打底层的孔隙度为10％～20％，功能层的孔隙度为10％～40％；打底层的膜厚为10um～100um，所述功能层的膜厚为40um～200um；所述打底层中，SiO2成份含量≤40％wt.％打底层氧化物总含量；所述功能层由A成分和B成分组成，所述A成分为Al2O3，所述B为TiO2、SiO2、MgO、Cr2O3和ZrO2中的一种或多种，且B成分含量在≤50％wt.％功能层氧化物总含量。

本发明是根据不同硬质合金压制品的烧结需求控制孔隙度和膜厚，硬质合金属于钨钴类即YG类时，硬质合金的主要成分为WC+Co；隔层的总孔隙度控制在10％～30％，总膜厚控制在100um～300um；当硬质合金属于钨钛钴类即YT类时，硬质合金的主要成分为WC+TiC+Co，隔层的总孔隙度控制在10％～25％，总膜厚控制在50um～150um；当硬质合金属于钨钛钽钴类即YW类，硬质合金的主要成分为WC+TiC+TaC(NbC)+Co，隔层的总孔隙度控制在10％～20％，总膜厚控制在60um～200um。

本发明通过成型参数进行孔隙度和膜厚控制从而满足不同硬质合金压制品的烧结需求，承烧板需先进行预处理，预处理方式选择刷光的方式，使其承烧板表面形成细密的丝纹。

当硬质合金属于YG类时，以氧丙烷火焰为热源，气体压力选择0.5MPa～4MPa，熔融的隔层材料以1×10

当硬质合金属于YT类时，以氧丙烷火焰为热源，气体压力选择1MPa～5MPa，熔融的隔层材料以2×10

当硬质合金属于YW类时，以氧丙烷火焰为热源，气体压力选择1MPa～5MPa，熔融的隔层材料以2×10

成型后的隔层，采用千分尺多点测量隔层膜厚，使用日立S-3700N扫描电子显微镜(SEM)对隔层截面形貌进行拍摄，采用图像处理软件进行孔隙度统计，并采用压汞仪检测隔层中的通孔。

以下结合具体例子对本发明做进一步的详细说明。

实施例1

一种对孔隙度和膜厚进行控制的硬质合金压制品烧结用隔层，刀片型号为WNMG120404，压制品为超细晶颗粒的硬质合金，WC平均粒径0.4um，其中Co质量百分数为15％。

本发明隔层为序号1～4，对比隔层为序号5～10，其中序号7～10为本发明变型；喷涂材料百分比均为相对其所在层的总含量的百分比；厚度和孔隙度数值代表：第一个数值代表总膜厚、孔隙度；括号中的第一个数值代表打底层膜厚、孔隙度；括号中第二个数值代表功能层膜厚、孔隙度。各隔层的成型信息及特性指标见表1。

表1隔层成型信息及特性指标

将压制品放在不同承烧板隔层上，加热至1500℃进行烧结后，在10℃/min～100℃/min冷却速率降温到1000℃以下再自然冷却后将合金卸下，再将压制品放置在隔层上进行第二次烧结，如此反复烧结冷却直至承烧板隔层出现失效。

序号1-4的隔层：隔层的使用寿命为20-25次，在烧结前期过程中隔层表面完整，没有出现局部或整体脱落或龟裂。在烧结后期过程中，隔层最终因接触区域局部脱落而失效，而在烧结整个过程中烧结产品都可以轻松卸下，表面无异常。

序号5-6的隔层：对比隔层采用等离子喷涂技术，在烧结前期过程中出现大片的龟裂，有小部分脱落的现象，在烧结后期过程中大片龟裂隔层全部脱落而失效。

序号7-10的隔层：对比隔层分别采用不同材料、膜厚、孔隙度、打底层，不同使用寿命为3-10次。ZrO2+25％SiO2隔层在整个烧结过程中，隔层表面逐渐产生龟裂，最终隔层大量脱落而失效。Al2O3+30％MgO隔层厚度变薄，烧结样品与隔层接触区的出现粘结现象，在烧结后期过程中，接触区隔层全部脱落而失效。Al2O3+30％Cr2O3隔层孔隙度增大，在烧结前期过程中整个隔层出现轻微龟裂现象，在烧结后期过程中整个隔层出现严重龟裂脱落而失效。Al2O3+50％SiO2打底层隔层，在烧结前期过程中整个隔层出现与烧结产品接触的局部轻微脱落现象，在烧结后期过程中整个隔层出现严重的接触区脱落而失效。

实施例2

一种对孔隙度和膜厚进行控制的硬质合金压制品烧结用隔层，刀片型号为WNMG120404，压制品为亚微米颗粒的硬质合金，WC平均粒径2.0um，其中Co质量百分数为10％、TiC质量百分数为20％。隔层材料选择与实施例1中相同。

本发明隔层为序号1～4，对比隔层为序号5～10，其中序号7～10为本发明变型；喷涂材料百分比均为相对其所在层的总含量的百分比；厚度和孔隙度数值代表：第一个数值代表总膜厚、孔隙度；括号中的第一个数值代表打底层膜厚、孔隙度；括号中第二个数值代表功能层膜厚、孔隙度。各隔层的成型信息及特性指标见表2。

表2隔层成型信息及特性指标

将压制品放在不同承烧板隔层上，加热至1500℃进行烧结后，在10℃/min～100℃/min冷却速率降温到1000℃以下再自然冷却后将合金卸下，再将压制品放置在隔层上进行第二次烧结，如此反复烧结冷却直至承烧板隔层出现失效。

序号1-4的隔层：隔层的使用寿命为18-23次，在烧结前期过程中隔层表面完整，没有出现局部或整体脱落或龟裂。在烧结后期过程中，隔层最终因接触区域局部脱落而失效，而在烧结整个过程中烧结产品都可以轻松卸下，表面无异常。

序号5-6的隔层：对比隔层采用等离子喷涂技术，在烧结前期过程中出现大片的龟裂，有小部分脱落的现象，在烧结后期过程中大片龟裂隔层全部脱落而失效。

序号7-10的隔层：对比隔层分别采用不同材料、膜厚、孔隙度、打底层，不同使用寿命为2-8次。ZrO2+25％SiO2隔层在整个烧结过程中，隔层表面逐渐产生龟裂，最终隔层大量脱落而失效。Al2O3+30％MgO隔层厚度变薄，烧结样品与隔层接触区的出现粘结现象，在烧结后期过程中，接触区隔层全部脱落而失效。Al2O3+30％Cr2O3隔层孔隙度增大，在烧结前期过程中整个隔层出现轻微龟裂现象，在烧结后期过程中整个隔层出现严重龟裂脱落而失效。Al2O3+50％SiO2打底层隔层，在烧结前期过程中整个隔层出现与烧结产品接触的局部轻微脱落现象，在烧结后期过程中整个隔层出现严重的接触区脱落而失效。

实施例3

一种对孔隙度和膜厚进行控制的硬质合金压制品烧结用隔层，刀片型号为CNMG120404，压制品为中颗粒的硬质合金，WC平均粒径4.0um，其中Co质量百分数为6％、TiC质量百分数为10％、TaC质量百分数为15％，NbC质量百分数为10％。隔层材料选择与实施例1中相同。

本发明隔层为序号1～4，对比隔层为序号5～10，其中序号7～10为本发明变型；喷涂材料百分比均为相对其所在层的总含量的百分比；厚度和孔隙度数值代表：第一个数值代表总膜厚、孔隙度；括号中的第一个数值代表打底层膜厚、孔隙度；括号中第二个数值代表功能层膜厚、孔隙度。各隔层的成型信息及特性指标见表3。

表3隔层成型信息及特性指标

将压制品放在不同承烧板隔层上，加热至1500℃进行烧结后，在10℃/min～100℃/min冷却速率降温到1000℃以下再自然冷却后将合金卸下，再将压制品放置在隔层上进行第二次烧结，如此反复烧结冷却直至承烧板隔层出现失效。

序号1-4的隔层：隔层的使用寿命为10-15次，在烧结前期过程中隔层表面完整，没有出现局部或整体脱落或龟裂。在烧结后期过程中，隔层最终因接触区域局部粘结脱落而失效，而在烧结整个过程中烧结产品都可以轻松卸下，表面无异常。

序号5-6的隔层：对比隔层采用等离子喷涂技术，在烧结前期过程中出现小部分的粘结脱落，在烧结后期过程中大片粘结隔层全部脱落而失效。

序号7-10的隔层：对比隔层分别采用不同材料、膜厚、孔隙度、打底层，不同使用寿命为1-2次。ZrO2+25％SiO2隔层在整个烧结过程中，隔层表面逐渐产生粘结脱落，最终隔层大量脱落而失效。Al2O3+30％MgO隔层厚度变薄，烧结样品与隔层接触区的出现粘结现象，在烧结后期过程中，接触区隔层全部脱落而失效。Al2O3+30％Cr2O3隔层孔隙度增大，在烧结前期过程中整个隔层出现轻微粘结脱落现象，在烧结后期过程中整个隔层出现严重粘结脱落而失效。Al2O3+50％SiO2打底层隔层，在烧结前期过程中整个隔层出现与烧结产品接触的局部轻微粘结脱落现象，在烧结后期过程中整个隔层出现严重的接触区粘结脱落而失效。

烧结结果表明，本发明采用丝材火焰喷涂技术，隔层材料成份包含Al2O3、SiO2、TiO2、SiO2、MgO、Cr2O3两种及以上(包含两种)氧化物，隔层由打底层和功能层构成，孔隙度10％～30％，总膜厚在50um～300um，同时根据不同硬质合金压制品的烧结需求采用不同的成型工艺控制打底层和功能层的孔隙度和膜厚，可以有效的延长隔层的使用寿命和接触反应，在硬质合金压制品与承烧板之间起到了很好的阻隔作用，提供了合格的合金体。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。