降低WC-Co硬質(zhì)合金成本的一個途徑

傳統(tǒng)的WC-Co硬質(zhì)合金力學(xué)性能優(yōu)異，占整個硬質(zhì)合金產(chǎn)品的一半以上，有非常突出的地位，但Co稀缺昂貴，如果能用其它金屬部分或全部替代Co來充當(dāng)硬質(zhì)合金中的粘結(jié)相，則可降低WC-Co硬質(zhì)合金成本，特別是利用率不到100%的硬質(zhì)合金制品(如輥環(huán))如果完全使用Co作為粘結(jié)相，則不僅成本高而且造成鈷資源浪費。中南大學(xué)探索了用Fe與Ni部分或全部替代Co作為粘結(jié)相的有效性。他們比較了傳統(tǒng)WC-20Co硬質(zhì)合金，與用Fe完全替代Co的WC-20Fe，、用Fe與Ni全部替代Co的WC-15Fe-5Ni及用Fe與Ni部分替代Co的WC-13Fe-3Ni-4Co經(jīng)相同制備工藝下得到的材料，得出了一些重要的結(jié)果。所用的制備工藝為：以粒度為1.37μm、總碳含量為6.13%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的WC粉末為硬質(zhì)相，以粒度小于5μm的羥基Fe粉、粒度小于4μm的羥基Ni粉和粒度小于2μm的Co粉為粘結(jié)金屬；經(jīng)混合球磨后在200MPa壓力下壓制成形，然而置于工業(yè)低壓燒結(jié)爐中在1450℃下燒結(jié)。試驗結(jié)果表明：

一，WC-20Fe燒結(jié)收縮率最小，致密度最差，不到97.5%。這是由于Fe對WC顆粒的潤濕性差的結(jié)果。WC-15Fe-5Ni和WC-13Fe-3Ni-4Co的體積收縮率接近于WC-20Co，這三種合金致密度均在99%以上，說明用Fe、Ni全部或部分替代Co作粘結(jié)相，能很好地進行液相燒結(jié)，達到致密的程度。

二，WC-20Fe抗彎強度和硬度最低，分別只有1850MPa和886.6MPa，明顯低于WC-20Co（抗彎強度和硬度分別為2720MPa和934.4MPa），一方面是由于燒結(jié)性能差，殘留孔隙較多，同時因為W在Fe中的溶解度較小，因此W對粘結(jié)相的固溶強化效果較差，這說明Fe不適合單獨作粘結(jié)相。Fe、Ni完全替代Co作粘結(jié)金屬的WC-15Fe-5Ni合金，其硬度只比WC-20Co低43.2MPa，但抗彎強度超過WC-20Co，達到2790MPa；用Fe、Ni部分取代Co的WC-13Fe-3Ni-4Co，其抗彎強度和硬度都最高，分別為2880MPa和1066.3MPa，均超過WC-20Co。這是得益于Ni、Co固溶于Fe中，起到固溶強化的作用，同時改善了Fe對WC的潤濕性。

三，斷口觀察表明，WC-20Fe斷口處存在明顯的孔隙，粘結(jié)相未能很好地包覆在WC顆粒表面上。WC-15Fe-5Ni，WC-13Fe-3Ni-4Co和WC-20Co中，粘結(jié)相都很好地包覆在WC顆粒表面并填充孔洞，斷口可看到明顯的粘結(jié)相塑性變形撕裂，這也說明Ni、Co的添加可顯著改善粘結(jié)相的潤濕性并提高粘結(jié)相的強度和韌性。

四，耐腐蝕性能測試表明，WC-20Fe合金的自腐蝕電流密度最大，其自腐蝕電流密度比WC-15Fe-5Ni和WC-13Fe-3Ni-4Co高2個數(shù)量級，比WC-20Co合金高3個數(shù)量級，極化電阻最小，這表明WC-20Fe合金的腐蝕速率最快，最容易氧化。WC-20Co自腐蝕電流密度最小，極化電阻最大，分別為3.27×10?5A/cm2和1073.4??cm2。WC-15Fe-5Ni，WC-13Fe-3Ni-4Co合金自腐蝕電流密度接近于WC-20Co合金的自腐蝕電流密度，分別為4.26×10?4A/cm2和1.86×10?4A/cm2，這表明Ni、Co的添加可顯著改善合金的耐腐蝕性能。