CN108941530A - 硬质合金基喂料及其制备方法、硬质合金基坯体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硬质合金基喂料及其制备方法、硬质合金基坯体及其制备方法。一种硬质合金基喂料，用于硬质合金粉末的注射成形，包括硬质合金粉末及成型剂；所述硬质合金粉末为钨钴类硬质合金粉末；所述成型剂按质量份数计包括：石蜡5份～10份；聚苯乙烯5份～10份；高密度聚乙烯5份～10份；聚乙二醇5份～10份；及聚甲醛75份～90份。上述硬质合金基喂料及硬质合金基坯体，包括钨钴类硬质合金粉末及成型剂，其中成型剂以聚甲醛为主要成分，并加入石蜡、聚苯乙烯、高密度聚乙烯及聚乙二醇配合使用，用于硬质合金粉末的注射成形，克服了因硬质合金粉末粒径较大、硬度高而导致硬质合金基喂料流动性差及加工性能差的缺点，具有优异的流动性和加工性。
Description
技术领域
本发明涉及硬质合金粉末注射成形技术领域，特别是涉及硬质合金基喂料及其制备方法、硬质合金基坯体及其制备方法。
背景技术
随着社会科技的不断进步与全球工业化的蓬勃发展，粉末冶金技术由于具有诸多优点，已被广泛应用于军事、交通、机械、电子、航天、航空等领域。其中，硬质合金材料制成的成品零件具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，因此被广泛应用用各行各业。但是也因其硬度高，造成硬质合金材料传统生产加工工艺生产效率低，加工困难，加工成本高。而粉末注射成形工艺，具备先天性优势，通过模具注射成型得到毛坯，就已经完成产品全部或大部分结构，大大提高了生产效率，降低企业生产加工成本，是未来行业的一个创新发展方向。然而，目前用于硬质合金注射成形的喂料仍存在流动性不佳的问题。
发明内容
基于此，有必要针对目前用于硬质合金注射成形的喂料仍存在流动性不佳的问题，提供一种硬质合金基喂料及其制备方法、硬质合金基坯体及其制备方法。
一种硬质合金基喂料，用于硬质合金粉末的注射成形，包括硬质合金粉末及成型剂；所述硬质合金粉末为钨钴类硬质合金粉末；所述成型剂按质量份数计包括：
在其中一个实施方式中，所述硬质合金粉末与所述成型剂的质量比为1:0.8～1:1.2。
在其中一个实施方式中，所述硬质合金粉末的粒径为10μm～20μm；所述硬质合金粉末的振实密度为9g/cm3～10g/cm3。
在其中一个实施方式中，所述聚乙二醇的分子量为2000～6000。
上述的硬质合金基喂料的制备方法，包括以下步骤：
对硬质合金粉末进行加热处理至温度为175℃～195℃；
将硬质合金粉末与成型剂混合均匀得到混合物；
将所述混合物进行塑化、挤出和造粒得到硬质合金基喂料。
一种硬质合金基坯体的制备方法，包括以下步骤：
将上述的硬质合金基喂料进行成型得到硬质合金基坯件；
采用硝酸对所述硬质合金基坯件进行脱脂处理；
对所述硬质合金基坯件进行烧结处理得到硬质合金基坯体。
在其中一个实施方式中，所述脱脂处理时硝酸的加料速度为2g～3g/min。
在其中一个实施方式中，所述脱脂处理时的温度为110℃～120℃，进行脱脂处理的时间为4h～6h。
在其中一个实施方式中，所述烧结处理的温度为1360℃～1390℃；所述烧结处理的时间为120min～180min；所述烧结处理时的环境压力为3MPa～5MPa。
一种硬质合金基坯体，根据上述的硬质合金及坯体的制备方法制备。
上述硬质合金基喂料及硬质合金基坯体，包括钨钴类硬质合金粉末及成型剂，其中成型剂以聚甲醛为主要成分，并加入石蜡、聚苯乙烯、高密度聚乙烯及聚乙二醇配合使用，用于硬质合金粉末的注射成形，克服了因硬质合金粉末粒径较大、硬度高而导致硬质合金基喂料流动性差及加工性能差的缺点，上述硬质合金喂料具有优异的流动性和加工性；且上述硬质合金喂料注射成型得到的产品具有成型稳定性高、脱脂速度快及产品尺寸稳定等特点，能够应用于各种注射模具以成型得到结构复杂的硬质合金产品，大大缩短了传统硬质合金生产工艺的加工周期，降低企业生产成本，提升企业生产效率。上述硬质合金及喂料的制备方法及上述硬质合金基坯体的制备方法简单、操作方便、易实现工业化。
附图说明
图1为一实施方式的硬质合金基喂料的制备方法的工艺流程图；
图2为一实施方式的硬质合金基坯体的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式及附图对硬质合金基喂料及其制备方法、硬质合金基坯体及其制备方法做进一步的详细说明。
一实施方式的硬质合金基喂料包括硬质合金粉末及成型剂。
在其中一个实施方式中，硬质合金粉末为钨钴类硬质合金粉末。优选的，硬质合金粉末为YG8钨钴类硬质合金粉末。YG8钨钴类硬质合金粉末的主要成分为碳化钨(WC)和钴(Co)。在其中一个实施方式中，YG8钨钴类硬质合金粉末中碳化钨的质量分数为90％～92％，钴占的质量分数为8％～10％。YG8钨钴类硬质合金粉末的耐磨性能好，使用强度和冲击韧性优异。
在其中一个实施方式中，硬质合金粉末的粒径为10μm～20μm；硬质合金粉末的振实密度为9g/cm3～10g/cm3。
在其中一个实施方式中，成型剂按质量份数计包括：
在其中一个实施方式中，石蜡为全精炼石蜡。优选的，石蜡为58#石蜡。58#石蜡的熔点≥58℃。58#石蜡具有抗张强度高、粘结性好、结晶性高、化学稳定性好及不易分解的优点。优选的，石蜡选自亿顺石化的58#石蜡、长榕石化的58#石蜡或茂名石化的58#石蜡。
在其中一个实施方式中，聚苯乙烯的分子量为8万～10万。聚苯乙烯熔融时的流动性和热稳定性好，且不易分解，有利于硬质合金基喂料在熔融加工和注射成形时的稳定性与均匀性，提高硬质合金基喂料的品质。
在其中一个实施方式中，高密度聚乙烯的分子量为10万～20万。
在其中一个实施方式中，聚乙二醇作为粘度调节剂。优选的，聚乙二醇的分子量为2000～6000，根据硬质合金基喂料的粘度选择合适分子量的聚乙二醇。
在其中一个实施方式中，聚甲醛选自共聚甲醛。优选的，共聚甲醛选自云天化的M90、M450或M570。
在其中一个实施方式中，硬质合金粉末与成型剂的质量比为1:0.1～1:0.2。
上述硬质合金基喂料，包括钨钴类硬质合金粉末及成型剂，其中成型剂以聚甲醛为主要成分，并加入石蜡、聚苯乙烯、高密度聚乙烯及聚乙二醇配合使用，用于硬质合金粉末的注射成形，克服了因硬质合金粉末粒径较大、硬度高而导致硬质合金基喂料流动性差及加工性能差的缺点，上述硬质合金喂料具有优异的流动性和加工性；且上述硬质合金喂料注射成型得到的产品具有成型稳定性高、脱脂速度快及产品尺寸稳定等特点，能够应用于各种注射模具以成型得到结构复杂的硬质合金产品，大大缩短了传统硬质合金生产工艺的加工周期，降低企业生产成本，提升企业生产效率。
请参阅图1，一实施方式的硬质合金基喂料的制备方法，包括以下步骤：
S110、对硬质合金粉末进行加热处理至温度为175℃～195℃。
在其中一个实施方式中，对硬质合金粉末进行加热处理在保护性气体气氛或真空条件下进行。在保护性气体气氛或真空条件下进行硬质合金粉末的加热处理主要是为了防止硬质合金粉末加热被氧化。
在其中一个实施方式中，保护性气体气氛选自氩气气氛、氦气气氛或者氮气气氛。
S120、将硬质合金粉末与成型剂混合均匀得到混合物。
将成型剂加入到加热后的硬质合金粉末中混合至泥团状得到混合物。混合时温度保持在175℃～195℃。混合的转速为20r/min～50r/min，混合的时间为60min～120min。在其中一个实施方式中，混合的步骤在密炼机中进行。当然，也可以手动搅拌进行。
S130、将混合物进行塑化、挤出和造粒得到硬质合金基喂料。
在其中一个实施方式中，将混合物进行塑化和挤出是在双螺杆挤出机中进行，对混合物进行造粒是在造粒机中进行。
上述硬质合金基喂料的制备方法简单，操作简便，易实现工业化生产。
请参阅图2，一实施方式的硬质合金及坯体的制备方法包括以下步骤：
S210、将硬质合金基喂料进行成型得到硬质合金基坯件。
选取产品模具安装于注射设备中，进行注射成型得到具有特定形状的硬质合金基坯件。
在其中一个实施方式中，采用100T阿博格卧式注射机成型。炮筒温度设定为一段180℃～190℃、二段175℃～185℃、三段170℃～180℃、四段160℃～170℃。优选的，炮筒温度设定为一段185℃、二段180℃、三段175℃、四段165℃。在其中一个实施方式中，注射速度为13mm/min～17mm/min，注射压力为1400bar～1600bar；注射时模具的温度为90℃～110℃，冷却时间为4s～6s。
S220、采用硝酸对所述硬质合金基坯件进行脱脂处理。
在其中一个实施方式中，采用硝酸对硬质合金基坯件进行脱脂处理。硝酸的浓度为>98％。进行脱脂处理的温度为110℃～120℃；脱脂处理的时间为4h～6h。
在其中一个实施方式中，脱脂处理在脱脂炉中进行。将硬质合金基坯件放置在脱脂炉中，并进行加热处理，加热至环境温度为110℃～120℃。然后将硝酸导入到脱脂炉中，使得硝酸与硬质合金基坯件充分接触。在其中一个实施方式中，进行脱脂处理时硝酸的加料速度为2g/min～3g/min。
S230、对硬质合金基坯件进行烧结处理得到硬质合金基坯体。
在其中一个实施方式中，对硬质合金坯件进行烧结处理采用真空压力烧结工艺。进行烧结处理的温度为1390℃～1450℃；烧结处理的时间为120min～180min。烧结处理时的环境压力为3MPa～5MPa；
上述硬质合金基坯体的制备方法简单，操作简便，易实现工业化生产。
一实施方式的硬质合金基坯体根据上述硬质合金基坯体的制备方法制备得到。
下面是具体实施例的说明，以下实施例如无特殊说明，则不含有除不可避免的杂质以外的其他未明确指出的组分。
实施例1
称取7.5Kg的聚甲醛、0.5Kg的58#石蜡、1.0Kg的聚苯乙烯、1.0Kg的高密度聚乙烯、0.5Kg的聚乙二醇2000混合均匀得到成型剂。称取80Kg的YG8钨钴类硬质合金粉末加入密炼机中，密炼机抽真空处理。其中，YG8钨钴类硬质合金粉末的粒径为10μm，振实密度为10g/cm3。对YG8钨钴类硬质合金进行加热处理至温度为190℃。向密炼机中加入上述成型剂，保持温度在190℃进行混炼至形成均匀的泥团状混合物。密炼机的转速设置为20r/min，在密炼机中混炼的时间为60min。将混合物放入双螺杆挤出机中进行塑化和挤出，再在造粒机中进行造粒得到硬质合金基喂料。
采用100T阿博格卧式注射机，选取产品模具安装于注射成型设备中，将硬质合金基喂料注入注射成型设备中注射成型得到硬质合金基坯件。其中，炮筒温度设定为一段185℃、二段180℃、三段175℃、四段165℃；注射速度为15mm/min，注射压力为1500bar；注射时模具的温度为100℃，冷却时间为5s。采用硝酸对硬质合金基坯件进行脱脂处理。将硬质合金基坯件置于脱脂炉中，保持脱脂炉中的温度为120℃，以2g/min的加料速度向脱脂炉中加入硝酸，使得硝酸与硬质合金基坯件充分接触。进行脱脂处理的时间为4h。再对硬质合金基坯件进行烧结处理得到硬质合金基坯体。烧结处理的温度为1450℃，烧结处理的时间为120min，进行烧结处理时的环境压力为3MPa。
实施例2
称取9.0Kg的聚甲醛、1.0Kg的58#石蜡、0.5Kg的聚苯乙烯、0.5Kg的高密度聚乙烯、1.0Kg的聚乙二醇6000混合均匀得到成型剂。称取120Kg的YG8钨钴类硬质合金粉末加入密炼机中，密炼机抽真空处理。其中，YG8钨钴类硬质合金粉末的粒径为20μm，振实密度为9g/cm3。对YG8钨钴类硬质合金进行加热处理至温度为195℃。向密炼机中加入上述成型剂，保持温度在195℃进行混炼至形成均匀的泥团状混合物。密炼机的转速设置为30r/min，在密炼机中混炼的时间为60min。将混合物放入双螺杆挤出机中进行塑化和挤出，再在造粒机中进行造粒得到硬质合金基喂料。
采用100T阿博格卧式注射机，选取产品模具安装于注射成型设备中，将硬质合金基喂料注入注射成型设备中注射成型得到硬质合金基坯件。其中，炮筒温度设定为一段180℃、二段175℃、三段170℃、四段160℃；注射速度为13mm/min，注射压力为1600bar；注射时模具的温度为110℃，冷却时间为6s。采用硝酸对硬质合金基坯件进行脱脂处理。将硬质合金基坯件置于脱脂炉中，保持脱脂炉中的温度为110℃，以2g/min的加料速度向脱脂炉中加入硝酸，使得硝酸与硬质合金基坯件充分接触。进行脱脂处理的时间为6h。再对硬质合金基坯件进行烧结处理得到硬质合金基坯体。烧结处理的温度为1390℃，烧结处理的时间为160min，进行烧结处理时的环境压力为5MPa。
实施例3
称取8.0Kg的聚甲醛、0.8Kg的58#石蜡、0.7Kg的聚苯乙烯、0.7Kg的高密度聚乙烯、0.8Kg的聚乙二醇4000混合均匀得到成型剂。称取55Kg的YG8钨钴类硬质合金粉末加入密炼机中，密炼机抽真空处理。其中，YG8钨钴类硬质合金粉末的粒径为10μm，振实密度为10g/cm3。对YG8钨钴类硬质合金进行加热处理至温度为175℃。向密炼机中加入上述成型剂，保持温度在175℃进行混炼至形成均匀的泥团状混合物。密炼机的转速设置为50r/min，在密炼机中混炼的时间为120min。将混合物放入双螺杆挤出机中进行塑化和挤出，再在造粒机中进行造粒得到硬质合金基喂料。
采用100T阿博格卧式注射机，选取产品模具安装于注射成型设备中，将硬质合金基喂料注入注射成型设备中注射成型得到硬质合金基坯件。其中，炮筒温度设定为一段190℃、二段185℃、三段180℃、四段170℃；注射速度为17mm/min，注射压力为1400bar；注射时模具的温度为90℃，冷却时间为4s。采用硝酸对硬质合金基坯件进行脱脂处理。将硬质合金基坯件置于脱脂炉中，保持脱脂炉中的温度为120℃，以2g/min的加料速度向脱脂炉中加入硝酸，使得硝酸与硬质合金基坯件充分接触。进行脱脂处理的时间为6h。再对硬质合金基坯件进行烧结处理得到硬质合金基坯体。烧结处理的温度为1400℃，烧结处理的时间为180min，进行烧结处理时的环境压力为4MPa。
实施例4
称取8.5Kg的聚甲醛、0.6Kg的58#石蜡、0.7Kg的聚苯乙烯、0.8Kg的高密度聚乙烯、0.6Kg的聚乙二醇6000混合均匀得到成型剂。称取80Kg的YG8钨钴类硬质合金粉末加入密炼机中，密炼机抽真空处理。其中，YG8钨钴类硬质合金粉末的粒径为10μm，振实密度为9g/cm3。对YG8钨钴类硬质合金进行加热处理至温度为190℃。向密炼机中加入上述成型剂，保持温度在190℃进行混炼至形成均匀的泥团状混合物。密炼机的转速设置为20r/min，在密炼机中混炼的时间为60min。将混合物放入双螺杆挤出机中进行塑化和挤出，再在造粒机中进行造粒得到硬质合金基喂料。
采用100T阿博格卧式注射机，选取产品模具安装于注射成型设备中，将硬质合金基喂料注入注射成型设备中注射成型得到硬质合金基坯件。其中，炮筒温度设定为一段180℃、二段175℃、三段170℃、四段160℃；注射速度为15mm/min，注射压力为1600bar；注射时模具的温度为100℃，冷却时间为6s。采用硝酸对硬质合金基坯件进行脱脂处理。将硬质合金基坯件置于脱脂炉中，保持脱脂炉中的温度为120℃，以3g/min的加料速度向脱脂炉中加入硝酸，使得硝酸与硬质合金基坯件充分接触。进行脱脂处理的时间为6h。再对硬质合金基坯件进行烧结处理得到硬质合金基坯体。烧结处理的温度为1410℃，烧结处理的时间为120min，进行烧结处理时的环境压力为5MPa。
实施例5
称取8.5Kg的聚甲醛、0.7Kg的耐冲击聚苯乙烯、0.1Kg的相容剂端羟基超支化聚酯、1.0Kg的石蜡及0.05Kg的抗氧剂在干式混合机中搅拌30min得到成型剂。称取100Kg的硬质合金粉末加入密炼机中，密炼机抽真空处理。对硬质合金进行加热处理至温度为190℃。向密炼机中加入上述成型剂，保持温度在190℃进行混炼至形成均匀的泥团状混合物。密炼机的转速设置为20r/min，在密炼机中混炼的时间为60min。将混合物放入双螺杆挤出机中进行塑化和挤出，再在造粒机中进行造粒得到硬质合金基喂料。
采用100T阿博格卧式注射机，选取产品模具安装于注射成型设备中，将硬质合金基喂料注入注射成型设备中注射成型得到硬质合金基坯件。其中，炮筒温度设定为一段180℃、二段175℃、三段170℃、四段160℃；注射速度为15mm/min，注射压力为1600bar；注射时模具的温度为100℃，冷却时间为6s。采用硝酸对硬质合金基坯件进行脱脂处理。将硬质合金基坯件置于脱脂炉中，保持脱脂炉中的温度为120℃，以2g/min的加料速度向脱脂炉中加入硝酸，使得硝酸与硬质合金基坯件充分接触。进行脱脂处理的时间为6h。再对硬质合金基坯件进行烧结处理得到硬质合金基坯体。烧结处理的温度为1400℃，烧结处理的时间为120min，进行烧结处理时的环境压力为5MPa。
对实施例1～5制备的硬质合金基坯体的性能及实施例1～5所制备的硬质合金基喂料的流动性进行测试结果如表1所示。硬质合金基坯体的尺寸为100mm*10mm*(1～3)mm。其中，熔融指数采用熔融指数仪测量得到；收缩系数采用标件烧结前后尺寸比计算得到；密度采用比重计测量得到；硬度采用维氏硬度仪测量得到；致密度采用烧结后密度与标准密度比值得到；流动性根据国标号为GB/3682-2000的国标中记录的方法测试得到，其中，测试时样品温度为185℃。砝码重量为21.6Kg。
表1
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种硬质合金基喂料，用于硬质合金粉末的注射成形，其特征在于，包括硬质合金粉末及成型剂；所述硬质合金粉末为钨钴类硬质合金粉末；所述成型剂按质量份数计包括：
2.根据权利要求1所述的硬质合金基喂料，其特征在于，所述硬质合金粉末与所述成型剂的质量比为1:0.1～1:0.2。
3.根据权利要求1所述的硬质合金基喂料，其特征在于，所述硬质合金粉末的粒径为10μm～20μm；所述硬质合金粉末的振实密度为9g/cm3～10g/cm3。
4.根据权利要求1所述的硬质合金基喂料，其特征在于，所述聚乙二醇的分子量为2000～6000。
5.根据权利要求1～4任一项所述的硬质合金基喂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
对硬质合金粉末进行加热处理至温度为175℃～195℃；
将硬质合金粉末与成型剂混合均匀得到混合物；
将所述混合物进行塑化、挤出和造粒得到硬质合金基喂料。
6.一种硬质合金基坯体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将权利要求1～4任一项所述的硬质合金基喂料进行成型得到硬质合金基坯件；
采用硝酸对所述硬质合金基坯件进行脱脂处理；
对所述硬质合金基坯件进行烧结处理得到硬质合金基坯体。
7.根据权利要求6所述的硬质合金基坯体的制备方法，其特征在于，所述脱脂处理时硝酸的加料速度为2g～3g/min。
8.根据权利要求6所述的硬质合金基坯体的制备方法，其特征在于，所述脱脂处理时的温度为110℃～120℃，进行脱脂处理的时间为4h～6h。
9.根据权利要求6所述的硬质合金基坯体的制备方法，其特征在于，所述烧结处理的温度为1390℃～1450℃；所述烧结处理的时间为120min～180min；所述烧结处理时的环境压力为3MPa～5MPa。
10.一种硬质合金基坯体，其特征在于，根据权利要求6～9中任一项所述的硬质合金及坯体的制备方法制备。
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