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無粘結相硬質合金的發展及展望

無粘結相硬質合金由於沒有金屬粘結相的存在,其緻密燒結十分困難。但隨著熱等靜壓燒結,放電等離子燒結等先進燒結技術的發明及亞微、納米粉末製造技術的進步純WC,WC-TiC-TaC、WC-SiC、WC-MoC-SiC等多種無粘結相硬質合金不斷湧現。這些材料被逐步運用在精密光學模具、噴砂嘴、核工業密封件等要求高精度、高硬度、高彈性模量、高耐腐蝕性的領域。主要對各種無粘結相硬質合金的性能及應用進行簡單介紹,並對未來的發展方向做簡單的展望。

無粘結相硬質合金是近年來開發的一種新型硬質合金,由純WC或WC及各種金屬碳化物組成。由於其不含Co、Ni等金屬粘結相,無粘結相硬質合金與傳統WC-Co硬質合金相比有著更好的拋光性、更高的硬度、抗變形性及耐腐蝕性。適用於精密光學模具(特別是LBP、CCD、CMOS等所使用的非球面鏡頭模具)、高耐磨性密封圈、噴砂嘴、電子封裝材料、重負載滑動密封耐磨件等要求高精度、高硬度、高抗變形性、高耐磨腐蝕性的領域。由於WC與Co的加工速度不一致,傳統WC-Co硬質合金難以獲得平滑的加工面,而不含Co的無粘結相硬質合金獲得了非常光滑的加工面。

然而,無粘結相硬質合金的主原料WC是一種高熔點碳化物(2000℃),在沒有粘結相存在的條件下,利用真空燒結、SIP燒結等傳統燒結方法獲得緻密的無粘結相硬質合金是一件非常困難的事情。隨著熱等靜壓燒結技術在硬質合金行業的推廣;放電等離子燒結技術及亞微米級別的WC粉末合成技術的發明,使利用傳統燒結方法難以實現的無粘結相硬質合金的緻密化合成變成了一種可能。目前,無粘結相硬質合金的研究方向主要有兩個,一個是純WC無粘結相硬質合金,另一個是含有WC與其他金屬碳化物的複合式無粘結相硬質合金。

無粘結相硬質合金棒圖片 無粘結相硬質合金拉絲模圖片

近年來,無粘結相硬質合金的研究開發被大量學者和企業的關注,獲得了長足的發展。其中,純WC無粘結相硬質合金和WC-Tic-Tac複合式無粘結相硬質合金在光學模具、密封件、水刀等應用領域上大力推廣。

以無粘結相硬質合金做材質的構件,往往兼有高硬度和高脆性,其後續加工也是一個挑戰。WC雖有著常見合金碳化物中最高的韌性,但與傳統的WC-Co硬質合金相比依然較低,從而限制了無粘結相硬質合合金在切削加工領域的應用。現階段,無粘結相硬質合金的主要研究依然集中在如何在低溫獲得緻密燒結體及晶粒細化的方向上,對於粗無粘結相硬質合金,或通過添加物來改善無粘結相硬質合金韌性的研究卻無人涉足或鮮有成效。

隨著HIP技術在硬質合金行業中的進一步推廣應用和SPS燒結技術的工業化發展,無粘結相硬質合金的工業大規模生產和擴大應用將逐步變為可能。相信其在要求高硬度、高抗變形性,高耐磨、高耐腐蝕的領域將有著更為廣闊的發展前景和空間。

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