CN108115126B - 一种超细晶粒硬质合金用增塑成型剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种超细晶粒硬质合金用增塑成型剂，其特征在于：其原料配方由聚苯乙烯、石蜡、有机溶剂、壬基酚聚氧乙烯醚以及白油组成，按照质量比计，所述聚苯乙烯：石蜡：有机溶剂：壬基酚聚氧乙烯醚：白油=1~2：2~3：2~3：0.1~0.5：1~1.5，其中，所述有机溶剂由环己酮和2‑丁氧基乙醇组成，环己酮与2‑丁氧基乙醇的质量比为9:1。本发明有效提高了超细晶粒硬质合金粉料球挤出过程中的成型性能，使粉料颗粒间结合更紧密，增强硬质合金毛坯间颗粒粘着力，体系挤出压力更小，改善挤出毛坯干燥过程中质量波动，缩短烧结过程中成型剂的脱出时间。

Description

一种超细晶粒硬质合金用增塑成型剂及其制备方法

技术领域

本发明具体涉及一种超细晶粒硬质合金用增塑成型剂，适用于要求生产工艺简单、软坯强度高的超细晶粒硬质合金棒料挤压成型，属于增塑粉末挤压成形技术领域。

背景技术

硬质合金具有熔点高、硬度高、耐磨性好，膨胀系数小及化学稳定性好等一系列优良性能，使得它在现代刀具材料领域应用不断扩大，超细晶粒硬质合金棒材主要是用于制作各种整体硬质合金孔加工刀具和立铣刀（包括PCB微型钻、微型铣刀），它是高速切削加工和多功能、高精度不可缺少的刀具材料。而随着硬质合金棒材需求的急速增长，以及个性化服务的日益凸显，快速获取异型产品毛坯成为硬质合金刀具厂商关注的重点，但国内大多数棒料厂商的成型剂粉料很难兼顾高效生产流程与软坯外加工。随着增塑粉末挤压成形概念的提出，人们发现采用增塑粉末挤压成形技术是制取管、棒、条以及其他异型产品的最有效的方法。中国粉末冶金国家重点实验室周继承、黄伯云教授在中国有色金属学报上发表的文献《增塑粉末挤压成形新技术》中研究阐述了增塑成型剂配方组成及开发工艺流程。即由塑料组元、硬脂酸、溶剂组成的成型剂体系，通过成型剂的设计与制备、粉末与成型剂的混合、喂料挤压成型、挤压毛坯的脱脂与烧结步骤制成硬质合金棒料。这种配方工艺只能挤出合格大直径棒料，且成型剂组元中塑料组元含量较多，不利于烧结过程中碳含量控制及成型剂的脱除。

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷，开发一种塑性组元含量少、生产工艺简单、软坯强度高、适用于常规超细晶粒硬质合金棒料挤压且挤压压力小的增塑成型剂。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种超细晶粒硬质合金用增塑成型剂，其原料配方由聚苯乙烯、石蜡、有机溶剂、壬基酚聚氧乙烯醚以及白油组成，按照质量比计，所述聚苯乙烯：石蜡：有机溶剂：壬基酚聚氧乙烯醚：白油=1~2：2~3：2~3：0.1~0.5：1~1.5，其中，所述有机溶剂由环己酮和2-丁氧基乙醇组成，环己酮与2-丁氧基乙醇的质量比为9:1。

所述超细晶粒硬质合金用增塑成型剂的制备方法：按照各组分之间的配比，将所述聚苯乙烯、石蜡、壬基酚聚氧乙烯醚（简称NP-10）以及白油加入到所述有机溶剂中，混合均匀，再放入60℃~70℃恒温箱中加热4~6小时，制得所述增塑成型剂。将所述增塑成型剂加入超细晶粒喷雾合金粉料中，一起捏合均匀，制成挤出粉料，其中，增塑成型剂的质量占挤出物料总质量的8~9%。

含本发明增塑成型剂的超细晶粒硬质合金的工艺流程为：含石蜡超细晶粒硬质合金喷雾粉料制备——成型剂溶液的制备——粉料与成型剂的捏合——粉料挤出——自然晾干（烘箱烘干）——低压烧结（含常规脱蜡功能）——棒料成品毛坯。

本发明的设计特点是：本发明选取聚苯乙烯和石蜡作为塑性成形介质，极少量的聚苯乙烯和石蜡作为成形组元既能使超细晶粒合金棒料软坯具有一定强度，且有益于成型剂一体化烧结脱除，聚苯乙烯作为高分子塑性介质，在300℃即可热分解，分解组元对烧结炉气氛基本无影响。

选取环己酮作为溶剂（也作为粘结组元），首先，环己酮在常温下具有一定的挥发速度，但常温下挥发速度低于水、二甲苯等常规溶剂，避免了因溶剂自然挥发速度过快导致棒料软坯产生起皮等缺陷。其次，当加热到一定温度时，环己酮可与聚苯乙烯固体颗粒互溶成均一的液体，且与石蜡、白油等有机互溶，较易去除。再次，环己酮作为溶剂，使得棒料软坯可以在空气或烘箱中晾干，无需长时间进入干燥炉中干燥去除溶剂。

选取2-丁氧基乙醇作为互溶剂（也作为粘结组元），加速环己酮与聚苯乙烯、石蜡以及有机介质互溶的速度。

选取壬基酚聚氧乙烯醚（NP-10）作为混合分散介质，选取少量白油做混合润滑介质，其中，壬基酚聚氧乙烯醚（NP-10）具有良好的润滑分散效果，不仅能成型剂各组元均匀分布于超细粉料中，还能使超细晶粒合金棒料软坯在较小的挤压压力下顺畅挤出。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、与现有塑性粉末挤压成形技术相比，在超细晶粒喷雾合金粉料与所述增塑成型剂捏合后，无需专用干燥炉脱除成型剂中的溶剂组分，自然晾干即可去除棒料软坯中含有的成型剂中的溶剂组分；

2、烧结前无需专用脱胶炉进行成型剂的脱除，这是因为本发明的增塑成型剂中塑性组元含量少，高分子塑性组元脱除分解对烧结炉气氛基本无影响，只需采用正常烧结脱蜡程序就可将棒料成型剂中塑性组元脱除；

3、本发明的增塑成型剂组元中设计有壬基酚聚氧乙烯醚（NP-10）存在，使得超细晶粒混合料能在较小挤压压力下顺畅挤出，尤其是NP-10与石蜡、聚苯乙烯以及有机溶剂同时联合使用，既可用于直径φ16mm以上超细晶粒粗棒料的挤出，也可适用于φ4mm以下的超细晶粒硬质合金微棒的挤出，挤出压力小，挤出的棒料软坯强度高，可进行棒料软坯修型、修端面等外加工；可降低批量化生产成本，减少棒料成品报废。

4、适合于批量化生产，工艺流程简单，设备投入少，生产周期短。

总之，本发明有效提高了超细晶粒硬质合金粉料球挤出过程中的成型性能，使粉料颗粒间结合更紧密，增强硬质合金毛坯间颗粒粘着力，体系挤出压力更小，改善挤出毛坯干燥过程中质量波动，缩短烧结过程中成型剂的脱出时间；并且该方案操作简便、易实施，应用范围广，经济效益显著。

附图说明

附图1为实施例1中φ12mm挤压嘴挤压出的棒料软坯形貌，从中可以看出采用实施例1的成型剂挤压出的φ12mm棒料软坯表面光洁无裂纹存在；

附图2为实施例1中YG12超细晶粒硬质合金棒料金相组织照片，从中可以看出采用新成型剂挤压烧结的棒料合金金相组织均匀，无大晶粒及钴偏析存在；

附图3为实施例1中YG12超细晶粒硬质合金棒料SEM照片，从中以看出采用新增塑成型剂挤压烧结的棒料微观组织均匀；

附图4为实施例2中φ8mm挤压嘴挤压出的棒料烧结后成品形貌，从中可以看出采用新型成型剂挤压出的φ8mm棒料烧结后表面无裂纹等缺陷存在；

附图5为实施例2中YG10超细晶粒硬质合金棒料金相组织图片，从中以看出采用新成型剂挤压烧结的棒料合金金相组织均匀，无大晶粒及钴偏析存在。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述：

实施例1：一种超细晶粒硬质合金用增塑成型剂

取标准0.5μm超细晶粒硬质合金WC-Co粉料，其中，在粉料中Co质量百分含量为12%。在增塑成型剂中，分别将石蜡按成型剂质量占比27.8%，聚苯乙烯按成型剂质量占比22.2%，环己酮按成型剂质量占比29.97%，2-丁氧基乙醇按成型剂质量比3.33%，白油按成型剂质量占比14.4%，壬基酚聚氧乙烯醚（NP-10）按成型剂质量占比2.3%加入容器中混合，并放入65℃恒温箱中，加热时间为5小时，加热混合良好的成型剂溶液是均一透明的，加热混合完毕后将超细硬质合金粉料与成型剂溶液按91:9的质量比加入捏合设备中，捏合均匀后，取直径12mm模具挤压嘴进行挤压，挤压出的棒料软坯实物见附图1所示，含有常规成型剂的物料挤出φ12mm规格实心棒料的挤出压力约为45~50TON，含有实施例1成型剂的物料挤出压力约为35~37TON，挤出压力更小，挤压棒料软坯烘箱烘干，烘干时间为4天，烘干后将棒料放入低压烧结炉进行成型剂脱除、液相烧结，烧结采用1400℃棒料程序，烧结后合金金相组织见附图2，SEM图片见附图3，即采用实施例1增塑成型剂成功挤压出了理化性能、金相组织合格的超细晶粒硬质合金棒料，理化性能见下表1。

表1 YG12理化性能表

密度g/cm³	硬度HRA	矫顽磁力KA/m	磁饱和μT*m³/kg
				14.14	92.7	29.88	19.44

实施例2：一种超细晶粒硬质合金用增塑成型剂

取标准0.8μm超细晶粒硬质合金WC-Co粉料，其中，在粉料中Co质量百分含量为10%。在增塑成型剂中，分别将石蜡按成型剂质量占比25.4%，聚苯乙烯按成型剂质量占比20.3%，环己酮按成型剂质量占比32.67%，2-丁氧基乙醇按成型剂质量比3.63%，白油按成型剂质量占比17.7%，壬基酚聚氧乙烯醚（NP-10）按成型剂质量占比0.3%加入容器混合，放入65℃恒温箱中，加热时间为5小时，加热混合良好的成型剂溶液是均一透明的，加热混合完毕后将超细硬质合金粉料与成型剂溶液按质量比按91.5:8.5加入捏合设备中，捏合均匀后，取直径8mm模具挤压嘴，进行粉料挤压，含有常规成型剂的物料挤出φ8mm实心棒料软坯挤出压力约50~55TON，含有实施例2成型剂的物料挤出压力约为46~48TON，挤压软坯烘箱烘干，烘干时间为3天，烘干后将棒料放入低压烧结炉进行成型剂脱除、液相烧结，烧结后棒料形貌见附图4，金相组织见附图5，即采用实施例2增塑成型剂成功挤压出了金相组织、物化性能合格的超细晶粒硬质合金棒料，理化性能见下表2。

表2 YG10理化性能表

密度g/cm³	硬度HRA	矫顽磁力KA/m	磁饱和μT*m³/kg
				14.47	91.7	19.02	17.43

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种超细晶粒硬质合金用增塑成型剂，其特征在于：其原料配方由聚苯乙烯、石蜡、有机溶剂、壬基酚聚氧乙烯醚以及白油组成，按照质量比计，所述聚苯乙烯：石蜡：有机溶剂：壬基酚聚氧乙烯醚：白油=1~2：2~3：2~3：0.1~0.5：1~1.5，其中，所述有机溶剂由环己酮和2-丁氧基乙醇组成，环己酮与2-丁氧基乙醇的质量比为9:1。

2.根据权利要求1所述的一种超细晶粒硬质合金用增塑成型剂的制备方法，其特征在于：按照各组分之间的配比，将所述聚苯乙烯、石蜡、壬基酚聚氧乙烯醚以及白油加入到所述有机溶剂中，混合均匀，再放入60℃~70℃恒温箱中加热4~6小时，制得所述增塑成型剂。