影響硬質合金燒結緻密化的因素

硬質合金燒結過程經歷預燒脫成型劑,固相燒結,液相燒結,冷卻等過程,在這些燒結過程中坯塊的體積會收縮,孔隙大幅下降,這就是燒結緻密化過程。其中發生在液相燒結階段的液相流動和顆粒重排,對緻密化的貢獻最大,液-固潤濕角、鈷含量是其中兩個比較大的影響因素。

 
硬質合金孔隙圖片
硬質合金孔隙圖片
 
對液相流動和顆粒重排效果起主要作用的是液相的毛細作用和顆粒的流動阻力,凡是影響上述兩個作用的因素都會影響燒結緻密化速度和程度。
1.液-固潤濕角
根據毛細作用公式(1)可知,液體的毛細管壓力隨其對WC的潤濕角減少而提高。在工業應用中,經常會在常規的WC-Co硬質合金中添加適量的TiC,由於Co與TiC的潤濕角要大於Co與WC的潤濕角,導致含TiC的硬質合金比單純的WC-Co硬質合金在燒結緻密化上更困難。
h=2γcosθ/(ρgr)(1)
γ= 表面張力;
θ= 接觸角;
ρ= 液體密度;
g= 重力加速度;
r= 細管半徑。
 
2.鈷含量(以鈷作為粘結金屬為例,其它粘結金屬類似)
無疑,鈷含量對出現液相以後的收縮有影響,鈷量越高,液相就越多(如WC-6Co液相燒結的液相體積分數為14%,而WC-15Co為32%),收縮速度越大。實驗表明,壓塊中鈷含量增加,不但不促進反而阻礙固相燒結階段的收縮,但卻大大促進第二階段的收縮,因為第二階段的收縮機理——液相流動。這是因為,毛細管壓力隨液相的增加而提高,顯然,鈷含量的增加會促進液相流動。
 
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