混合料是硬质合金的粉末原料，它的质量好坏直接关系到硬质合金产品的质量好坏。

 

混合料是由各种硬质相（主要是难熔金属碳化物、氮化物）、粘结金属（Co/Fe/Ni）、成型剂（石蜡/PEG/橡胶等）及添加剂（VC、Cr3C2、C、W等）组成的粒状混合物，也叫作RTP（Ready To Press Powder）。

硬质相使合金具有较高的硬度和耐磨性。主要有WC、NbC、TaC、TiC、ZrC、HfC、TiCN、TiN等，其中WC最为常见。

 

粘结金属：Co/Fe/Ni，使合金在烧结时致密化，为合金提供韧性、强度等。

 

成型剂：保证必要的压坯强度，改善混合料流动性，提高压坯密度及密度均匀性，防止混合料氧化，主要有石蜡、PEG（聚乙二醇）、橡胶这三种。

 

添加剂：

1、TiC：提高硬质合金耐磨、抗氧化性和抗月牙洼磨损能力。

2、Cr3C2、VC：晶粒生长抑制剂，降低合金性能对烧结温度、时间的敏感性，改善切削性能

3、TaC/NbC:提高高温性能，如高温强度等。

4、C、W常作为硬质合金中碳平衡的添加剂。

5、表面活性剂：作为球磨助剂使用，常用的有油酸、硬脂酸、十六醇、甲基丙烯酸十八酯、十八胺等。

 

复式碳化物是硬质合金生产中的一种重要原料，是高温下WC固溶于TiC中或者WC固溶于TiC-TaC（NbC）中得到的固溶体，它具有良好的高温机械性能，常常作为硬质合金、金属陶瓷的添加剂和刀具涂层。在实际的复式碳化物的生产过程中，复式碳化物的粒度和固溶氧含量是非常重要的两个参数指标，了解影响这两个参数的因素十分重要。

一、 粒度：

1、碳化温度

碳化温度越高，原料分子活性越强，颗粒长大越快，同样时间下，粒度越粗。

2、碳化时间

碳化时间越久，颗粒越粗，反之相反。

3、原料粒度

Ti-WC固溶体颗粒是而是将WC分解成W和C分别溶进TiC形成的，TiC颗粒越粗，制得的固溶体颗粒也越粗。而碳化钛颗粒大小又取决于TiO2和WC颗粒粒度。

二、固溶氧含量：

TiO2转化成TiC时要经过TiO2一Ti2O3一TiO一TiC三个反应过程。因为低价一氧化钛(Tio)与TiC 同晶形且晶格常数很接近,若单独制造TiC时很难生成理想状态TiC，往往会形成Ti(CO) 的固溶体。只有加人WC当形成( TiC一WC)固溶体后才能把固溶氧大部分或全部赶掉。TiC属立方晶格,晶格常数为α=4.320Å，TiO也属立方晶格，晶格常数为α=4.154 Å。由于它们的晶格常数接近,复式碳化物中就易固溶氧

1、碳化温度

固溶氧含量与碳化温度有明显的负相关系，即碳化温度越高，固溶氧含量越低。

2、TiC:WC的比值

同等条件下，TiC:WC的比值越高，固溶氧含量也越高。

3、碳含量

TiO随着CK料碳含量的增加而被WC中的碳完全置换而转化成理

想TiC。也可以说固溶氧是随着碳量的增加而降低直到完全消失。

 

自用碳化钨与铁族金属生产硬质合金的专利发明以来，人们就不断地改变着硬质合金的成份以适应不同的需求。为了细化晶粒就要添加晶粒长大抑制剂；要提高合金的抗腐蚀能力就要添加耐腐蚀成份；要改变合金的性能人们尝试添加稀土金属高熔点金属等等。各种添加剂的添加量很少却显著地改变了硬质合金的性能。

 

向硬质合金中加入的碳化物添加剂作用主要是:(1)降低合金对烧结温度波动的敏感性和对碳量变化的敏感性, 阻止碳化物晶粒的不均匀长大;(2)改变合金的相成分, 从而改善合金的结构和性能。

 

一、抑制WC晶粒长大

硬质合金的机械性能与WC的粒度及合金的成份密切相关。一般认为当晶粒度由微米级降至亚微米级WC合金的硬度断裂韧性冲击韧性可明显改善，但要制取WC晶粒度小于亚微米的硬质合金肯定会碰到困难，原始WC粉末越细其表面积越大活性也就越大在烧结过程中更易于长大为了防止在烧结过程WC晶粒长大通常使用各种抑制晶粒长大的添加剂,其中以添加各种碳化物最普遍。主要有VC、Cr3C2、NbC、TaC等，其抑制效果顺序如下：

VC＞Cr3C2＞NbC＞TaC＞Mo2C＞TiC＞ZrC/HfC

 

二、改善性能

除该改善粒度外，碳化物添加剂可以改善硬质合金的高温红硬性、高温强度和抗氧化性等。在硬质合金中添加Cr3C2、VC可提高合金的切削性能；在合金中添加少量的TaC可提高合金的抗氧化性能, 显著提高合金的耐磨性；在合金中添加Cr3C2、TaC、TiC等可提高合金的抗腐蚀性能。

 

 

复式碳化物是一种硬质合金行业和其他新材料行业广泛使用的原料,作为硬质合金及金属陶瓷的添加剂可以改善硬质合金的各项性能，如高温强度，高温抗氧化，抗月牙洼磨损和抗刀屑瘤的能力等，还应用于热喷涂等离子喷涂硬质薄膜电子行业的导电领域。复式碳化物主要有两种：Ti-WC（YT合金的主要成分）复式碳化物、WC-Ti-TaC（NbC）复式碳化物。

 

一、Ti-WC复式碳化物的制备

1、将WC、TiO2、炭黑的混合物在1700℃-2000℃温度下于氢气氛围中碳化制取。此工艺为硬质合金工业普遍采用的工艺。

反应原理：

在高温下，二氧化钛还原并生成碳化钛：

TiO2+3C=TiC+2CO

其实，反应分三段进行：

2TiO2+C=Ti2O3+CO

Ti2O3+C=2TiO+CO

TiO+2C=TiC+CO

在TiC-WC体系中，碳化钛即使在高温中也不在碳化钨中溶解，WC向TiC中的溶解过程并非是整体向里溶解，而是将WC分解成W和C分别溶进。因为，它们的固溶分两种形式，W溶解于TiC中为置换式固溶，而C向TiC中溶解为填隙式固溶。

2、将WO3、TiO2、炭黑的混合物在1700℃-2000℃温度下于氢气氛围中直接碳化制取。

3、将钨粉、TiO2和炭黑的混合物在1700℃-1800℃温度下于氢气氛围中碳化制取。

 

二、WC-Ti-TaC（NbC）复式碳化物

1、将TiC、WC和TaC(NbC）经高温碳化制取。

2、将WC、TiO2、Ta2O5（Nb2O5）、炭黑的混合物经高温固溶。

3、将WC、TiO2、TaC(NbC）、炭黑的混合物经高温固溶。