無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金的研發(fā)

無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金是指不含Co,Ni等金屬粘結(jié)相，由純WC或WC與各種金屬碳化物組成的硬質(zhì)合金，是近年來(lái)開(kāi)發(fā)的一種新型硬質(zhì)合金。與傳統(tǒng)含Co硬質(zhì)合金相比，無(wú)粘結(jié)劑硬質(zhì)合金的硬度更高(>HRA95)，在一定的惡劣環(huán)境中使用時(shí)其耐磨性、抗氧化性、耐腐蝕性能有相當(dāng)?shù)母纳?，可以用于制作噴砂嘴、電子封裝材料、重負(fù)載滑動(dòng)密封耐磨件等；其切削性能大約為傳統(tǒng)硬質(zhì)合金的21倍，可以用做刀具和鉆頭材料，特別是用于加工鈦合金方面，工作效率可大大提高。

另外，無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金有比傳統(tǒng)WC-Co硬質(zhì)合金更好的拋光性。由于WC與Co的加工速度不一致，傳統(tǒng)硬質(zhì)合金難以獲得平滑的加工面，而不含Co的無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金可以獲得非常光滑的加工面，因此無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金特別適用于精密光學(xué)模具。目前，國(guó)外己經(jīng)有產(chǎn)品面世。例如，日本鎢公司己正式推出純WC無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金產(chǎn)品，主要用于非球面鏡頭模具。這種產(chǎn)品與傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金相比，有著高硬度、低熱膨脹系數(shù)和優(yōu)異的鏡面加工性，且在常壓800℃下的氧化增重僅約為傳統(tǒng)硬質(zhì)合金的15%。

可以預(yù)見(jiàn)，無(wú)粘結(jié)劑硬質(zhì)合金將具有十分廣闊的應(yīng)用前景。 然而，無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金的主原料WC是一種高熔點(diǎn)碳化物(熔點(diǎn)高達(dá)2900℃)，在沒(méi)有粘結(jié)相存在的條件下，利用真空燒結(jié)等傳統(tǒng)燒結(jié)方法無(wú)法獲得高的致密度。隨著熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)在硬質(zhì)合金行業(yè)的推廣，結(jié)合亞微米級(jí)別的WC粉末合成技術(shù)的發(fā)明，無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金的致密化合成已成為可能。

目前，在研究開(kāi)發(fā)中使用的燒結(jié)技術(shù)主要為放電等離子燒結(jié)法(SPS)，SPS主要是利用外加脈沖強(qiáng)電流形成的電場(chǎng)清潔粉末顆粒表面氧化物和吸附的氣體，凈化材料，活化粉末表面，提高粉末表面的擴(kuò)散能力，再在較低機(jī)械壓力下利用強(qiáng)電流短時(shí)加熱粉體進(jìn)行燒結(jié)致密。SPS技術(shù)具有熱等靜壓技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)：燒結(jié)溫度低(比熱等靜壓低200-300℃)，燒結(jié)時(shí)間短(只需3-10min)，單件能耗低；燒結(jié)體密度高，晶粒細(xì)小，是一種近終成形技術(shù)；操作簡(jiǎn)單，不像熱等靜壓那樣需要十分熟練的操作人員和特別的模套技術(shù)。

現(xiàn)在，利用SPS已經(jīng)可以制備高致密(相對(duì)密度98%以上)、高硬度(達(dá)到HRA96)的大塊無(wú)粘結(jié)相WC超硬材料。 研究表明，使用更細(xì)的WC粉末可以在更低的溫度條件下獲得純WC的致密燒結(jié)體。目前，無(wú)粘結(jié)劑硬質(zhì)合金主要基于微米或亞微米級(jí)原始粉末，如果原始WC粉末細(xì)化到納米級(jí)，則合金的性能將會(huì)得到顯著提高。例如，如果使用200nm的原始WC粉末，利用SPS燒結(jié)技術(shù)可以在1500℃下得到相對(duì)密度為99.6%的純WC燒結(jié)體，并同時(shí)具有良好的硬度和韌性。但是，更細(xì)WC晶粒也容易導(dǎo)致結(jié)晶粒的異常生長(zhǎng)，通過(guò)添加VC或Cr3C2等粒徑抑制劑可有效抑制WC粒徑，并進(jìn)一步提高合金性能。