CN102912207A - 一种用工业微波窑炉生产硬质合金的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业微波窑炉生产硬质合金的方法：（1）将原材料粉末按照重量比碳化钨90-95份、钴粉末5-8份、成型剂石蜡3-5份均匀混合，然后压制成各种形状用途广泛的生胚硬质合金体，直接将压制好的生胚体45kg放入工业微波窑炉的保温材料中间，承载材料为特殊材料结构，进行微波烧结合成，微波烧结时，频率为2450MHz功率为13kw，通过红外测温仪控制监测烧结温度，通入氮氢气体流动气体保护烧结，控制温度20-50℃/min，快速达到最高反应温度1200-1700℃，然后快速气冷却低于350℃，出炉进行外观测量，性能密度，洛氏硬度、韧度、显微组织观察，即可得到硬质合金。

Description

一种用工业微波窑炉生产硬质合金的方法

技术领域

本发明涉及一种工业微波窑炉生产硬质合金的方法。

背景技术

针对现有技术存在的缺陷，改变现有工艺对材料加热的传导方式，提出一种用工业微波窑炉生产硬质合金的方法，具有：功率能耗低、生产工艺简单易控、烧结时间短、温度均匀稳定、品质率高、提高机械性能、提高致密度、细化晶粒。硬质合金主要成分为WC和Co粉末，经过制粉、压制、烧结而成，主要应用于矿山开采和地质钻探，石油开采各种刀具，具有高韧性、高硬度、高密度、抗氧化和化学稳定性等。

    硬质合金烧结是关键，全国有许多做硬质合金材料的大多采用电间歇式窑炉，烧结成本高，产品性能低下，能耗高，效率低。

    在传统烧结工艺上：采用高真空炉，能耗高、烧结周期长；采用加压工艺，设备制造复杂、能耗高、周期长、安全系数低、采用气氛工艺，也是烧结效率低、能耗高、性能低下。传统的电加热依靠发热体将热能通过对流传导或辐射方式传递到被加热产品而达到某一温度，使量从外向内传递，温度分布不均匀、升温速度慢、合成时间长、能耗高。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种工业微波窑炉生产硬质合金的方法，以解决上述背景技术中的缺点。

     一种工业微波窑炉生产硬质合金的方法，具体步骤如下：（1）将原材料粉末按照重量比碳化钨90--95份、钴粉末5--8份、成型剂石蜡3--5份混合均匀，然后压制成各种形状的生胚硬质合金体，将压制好的生胚体45kg放入工业微波窑炉的保温材料中间，进行微波烧结合成，微波烧结时，频率为2450MHz 功率为13kw，通过红外测温仪控制监测烧结温度，在炉中进行抽微低真空排出窑内空气，以氮氢气体或氩氢气体为保护气 升温至300℃-500℃进行流动排腊，通入氮氢气体流动气体保护烧结，控制温度20-50℃/min， 快速达到最高反应温度1200-1700℃，在此温度下反应10-12min，快速气冷却使温度低于350℃，出炉进行外观测量，性能密度，洛氏硬度、韧度、显微组织观察，即可得到硬质合金。

    本发明所述的特殊结构承载体为石墨或石墨粉或莫来石的其中一种或几种，进行引波温度均匀处理和硬质合金材料的吸碳材料。

    在本发明中，所述的保温材料为含镐型多晶纤维毯或含铝多晶纤维毯中的一种或一种以上。

     在本发明中，所述的微波功率为13KW。

    在本发明中，所述的保护流动气体为氮氢、氩气、氩氢、氮气的其中一种或一种以上。

    在本发明中，所述的烧结升温速度为30℃/min。

    在本发明中，所述的材料在隔氧气氛下烧结高温1550℃保温20分钟充分反应，可得到均匀的细晶粒显微组织。

    在本发明中，所述控制系统为PLC控制系统，人机界面来控制微波系统，监控设定温度功率曲线。

    在本发明中，所述测温系统为高精度红外测温，可精确测量材料本身温度，进行画面监视控制。

    在本发明中，所述的降温气冷系统为氮气旋转强风冷却。

    本发明的工作原理是：微波加热具有直接加热特性，将能量直接引入产品内部，在高频场的作用下以2亿次/s的速度旋转摩擦材料内部分子，使材料本身由内向外均匀快速温升，物质材料反应彻底而均匀、缩短烧结加热时间、提高了效率、温度分布均匀无开裂变形，比传统节省电力50-70%，具有明显节能减排的效果，提高了材料的各项性能和致密度，细化了晶粒。

有益效果：

本发明有以下优点：比常规传统烧结节能50-70%，降低烧结能耗费用；工艺简单易控，采用PLC和人机界面操作监控；缩短烧结时间，提高了能源利用率；温度均匀稳定，由内向外加热，无开裂变形产品；提高了机械性能，硬度提高了2.0%，抗弯强度提高15.6%；提高了致密度2.5%；可得到均匀的细晶粒显微组织。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面结合实施例，进一步阐述本发明。

    将碳化物粉末93.5份和6.5份钴按重量比例混合，加入3.5份的成型剂石蜡进行均匀混合，然后压制成各种型号的多用途的硬质合金生胚，将45kg硬质合金生胚放入工业微波窑炉中，用特殊烧结结构承载硬质合金，外围用耐火材料和保温材料，封闭密封炉门，开始抽微低真空，同时向炉体内通入氮氢气体，用氧化锆氧分析仪测量炉内氧含量，抽至O2≤500PPM时，关闭真空泵 ，开启流动氮氢气体阀，向炉体内流入气体。以氮氢为载体在预热0-500℃时有蜡排出，随气体一起排出炉外，增大微波源功率，设定工艺曲线和功率，开始监控升温，物料先以10-15℃/min升温到500℃，然后以30℃/min的升温速度达到最高温度1550℃，保温10-20min 然后随炉气冷却到200℃，炉体夹层水冷也可提高冷却效果，得到高品质的硬质合金材料，经检测密度为14.85g/cm3 比传统提高密度2.5%、硬度HRA89.2提高2.0%、抗弯强度699.5MPA提高15.6%，在短时间内烧结晶粒不易长大，易得到均匀的细晶粒显微组织结构，即可得到硬质合金。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种工业微波窑炉生产硬质合金的方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）将原材料粉末按照重量比碳化钨90--95份、钴粉末5--8份、成型剂石蜡3--5份均匀混合，然后压制成各种形状用途广泛的生胚硬质合金体，直接将压制好的生胚体45kg放入工业微波窑炉的保温材料中间，进行微波烧结合成，微波烧结时，频率为2450MHz 功率为13kw，通过红外测温仪控制监测烧结温度，在炉中进行抽微低真空排出窑内空气，以氮氢气体或氩氢气体为保护气 升温至300℃-500℃进行流动排腊，通入氮氢气体流动气体保护烧结，控制温度20-50℃/min，快速达到最高反应温度1200-1700℃，在此温度下反应10-12min，然后快速气冷却低于350℃，出炉进行外观测量，即可得到硬质合金。

2.根据权利要求1所述的一种工业微波窑炉生产硬质合金的方法，其特征在于，本发明所述的特殊结构承载体为石墨或石墨粉或莫来石的其中一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种工业微波窑炉生产硬质合金的方法，其特征在于，所述的保温材料为含镐型多晶纤维毯或含铝多晶纤维毯中的一种或一种以上。

4.根据权利要求1所述的一种工业微波窑炉生产硬质合金的方法，其特征在于，所述的微波功率为13KW。

5.根据权利要求1所述的一种工业微波窑炉生产硬质合金的方法，其特征在于，所述的保护流动气体为氮氢、氩气、氩氢、氮气的其中一种或一种以上。

6.根据权利要求1所述的一种工业微波窑炉生产硬质合金的方法，其特征在于，所述测温系统为高精度红外测温。

7.根据权利要求1所述的一种工业微波窑炉生产硬质合金的方法，其特征在于，所述的降温气冷系统为氮气旋转强风冷却。