夏恩華,李海雄,甘緒發(fā),張洪剛,楊文超

(自貢硬質(zhì)合金有限公司,四川自貢643011)

硬質(zhì)合金用新型研磨介質(zhì)研究

夏恩華,李海雄,甘緒發(fā),張洪剛,楊文超

(自貢硬質(zhì)合金有限公司,四川自貢643011)

針對(duì)超細(xì)、亞細(xì)硬質(zhì)合金混合料采用己烷石蠟工藝制備過程中出現(xiàn)的研磨分散問題,選擇數(shù)種市售有機(jī)溶劑作為硬質(zhì)合金研磨介質(zhì)進(jìn)行研究,觀察對(duì)碳化鎢的潤濕性差異,并通過合金的性能對(duì)比,篩選出優(yōu)于己烷的研磨介質(zhì)。

硬質(zhì)合金;潤濕性;己烷-石蠟工藝;硬質(zhì)合金;研磨介質(zhì)

1 引言

生產(chǎn)高質(zhì)量的硬質(zhì)合金產(chǎn)品,碳量控制是關(guān)鍵。影響合金碳量的因素很多,成型劑和研磨介質(zhì)的選用是其中的一個(gè)重要方面,其中成型劑的選擇是決定生產(chǎn)工藝路線的關(guān)鍵。硬質(zhì)合金生產(chǎn)用成型劑大致可分為三類:一類是以合成橡膠(包括改性橡膠)為代表的成型劑,其特點(diǎn)是成型性好,壓坯強(qiáng)度高,缺點(diǎn)是易殘?zhí)?不利于碳量精確控制。另一類是以石蠟為代表的成型劑,純度高、殘?zhí)嫉?利于生產(chǎn)高質(zhì)量的硬質(zhì)合金制品,缺點(diǎn)是粘性低,成型性差,壓坯強(qiáng)度低。第三類成型劑是水溶性的聚合物PEG(聚乙二醇),PEG在熱脫除時(shí)也會(huì)受熱裂解而殘留一定的游離碳;另外,PEG易吸濕,吸濕后的粉料變硬,壓制壓力增大,對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品的成型較為困難,同時(shí)水分的存在對(duì)合金的精確控碳也帶來困難。綜合而言,在制備高性能硬質(zhì)合金方面,石蠟還是具有較大的優(yōu)勢。

目前主流的硬質(zhì)合金企業(yè)也是圍繞上述三類成型劑設(shè)計(jì)工藝路線,基本上成型劑選定了,與之匹配的濕磨介質(zhì)也就確定了?；旌狭现苽渥鳛橛操|(zhì)合金生產(chǎn)的關(guān)鍵工序,雖然經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展但基本上仍采用幾十年不變的單一的濕磨介質(zhì),如酒精、己烷等。其中酒精工藝物料的分散性較好,但缺點(diǎn)是含水、易增氧,且與石蠟不溶,不利于碳量的精確控制。己烷對(duì)石蠟的溶解性最好,但由于是非極性分子,對(duì)碳化鎢顆粒的潤濕性較差,不易形成懸浮液,影響研磨效率。

超細(xì)、亞細(xì)混合料因具有較高的表面積和表面能,易產(chǎn)生團(tuán)聚與氧化的傾向。在濕磨過程中,只有完全破壞并分散這種團(tuán)聚,才能保證粉末組元之間的有效混合。另外在制備超細(xì)、亞細(xì)硬質(zhì)合金的生產(chǎn)中,為防止WC的聚集再結(jié)晶和液相重結(jié)晶,往往在制備超細(xì)、亞細(xì)硬質(zhì)合金時(shí)添加少量晶粒長大抑制劑。提高超細(xì)硬質(zhì)合金混合料制備過程中的研磨與分散效率,使超細(xì)硬質(zhì)合金原料(含晶粒長大抑制劑)得到充分破碎與分散,這是獲得組織結(jié)構(gòu)均勻的超細(xì)硬質(zhì)合金的前提條件之一。

本實(shí)驗(yàn)選定硬質(zhì)合金YG類亞細(xì)和超細(xì)顆粒牌號(hào)混合料為實(shí)驗(yàn)原料,考察了數(shù)十種有機(jī)溶劑在石蠟工藝中的應(yīng)用。重點(diǎn)研究新的有機(jī)溶劑對(duì)比于原有的正己烷-硬脂酸-石蠟作為濕磨介質(zhì)效果的好壞,以期選出更優(yōu)的研磨介質(zhì)。

2 試驗(yàn)方法及過程

目前衡量有機(jī)溶劑的潤濕性好壞,并無直接測量的方法,有資料表明可通過毛細(xì)管上升法間接測定固定時(shí)間里合金粉末在不同有機(jī)溶劑中的潤濕高度來間接判斷,潤濕高度越高則有機(jī)溶劑的潤濕性越好。因此我們選取一定長度且兩頭中空的玻璃管,將一定成分的粉末裝填至玻璃管中,統(tǒng)一裝填高度15cm左右,裝填時(shí)應(yīng)將粉末壓實(shí),且不能斷開。

我們將市售的十幾種有機(jī)溶劑,分別量取50ml置于不同燒杯中,將裝填好粉末的玻璃管垂直放入燒杯中,高度固定。20min后對(duì)潤濕高度進(jìn)行測量并作好記錄,以此完成對(duì)相關(guān)溶劑的初步篩選。

在上述實(shí)驗(yàn)完成的基礎(chǔ)上,我們對(duì)篩選出的潤濕性優(yōu)于己烷的溶劑與己烷進(jìn)行比對(duì)性工藝試驗(yàn),按照6.0%Co+0.5%TaC+ 93.5%WC的成分配比,采用不添加任何助溶劑的條件下分別加入各類溶劑350m L,分別球磨48h后卸料,統(tǒng)一壓制成15mm× 15mm×7.5mm試樣,統(tǒng)一采用1 450℃/ 60min工藝真空燒結(jié)后并測試相關(guān)性能。主要項(xiàng)目包括:磁力、硬度、密度、鈷磁、A類孔隙、B類孔隙、孔洞、非化合碳、WC(μ)、鈷相分布,并依此驗(yàn)證溶劑對(duì)研磨效率的影響,從而最終確定我們所需要的新溶劑。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 潤濕性對(duì)比實(shí)驗(yàn)

對(duì)采購回來的各種有機(jī)溶劑與己烷分別進(jìn)行了潤濕高度的測量,相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果如表1所示。

從表中可以看出,我們篩選出了能達(dá)到正己烷潤濕高度的有機(jī)溶劑種類有:乙酸乙酯、環(huán)己烷、乙酸乙烯酯、丙酮、甲苯、X-A、XB、X-C、X-D和X-E。考慮到后期對(duì)比實(shí)驗(yàn)對(duì)溶劑的要求,從沸點(diǎn)、毒性、安全性、成本等方面對(duì)以上10種溶劑進(jìn)行了測評(píng)。

環(huán)己烷具有一定揮發(fā)性,其蒸氣或霧對(duì)眼睛、粘膜和呼吸道有刺激性,對(duì)皮膚有強(qiáng)烈刺激性。對(duì)環(huán)境有危害,易燃易爆。

丙酮具有較理想的潤濕效果,但丙酮沸點(diǎn)只有56℃,較低,操作安全性低。此外,在實(shí)驗(yàn)過程中,發(fā)現(xiàn)丙酮對(duì)石蠟溶解性差,容易出現(xiàn)偏析現(xiàn)象。因此,也不考慮作為待選溶劑。

表1 潤濕高度測量數(shù)據(jù)

甲苯屬于芳香族,屬低毒類,對(duì)皮膚、粘膜有刺激性,對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)有麻醉作用。從安全環(huán)保角度考慮,不建議作為濕磨溶劑使用。

乙酸乙酯潤濕效果與正己烷基本接近,但乙酸乙酯在上輪實(shí)驗(yàn)中對(duì)橡膠密封墊圈溶脹現(xiàn)象特別明顯,故本輪濕磨溶劑暫不考慮乙酸乙酯。

其余的如X-A、X-B、X-C、X-D和X-E,沸點(diǎn)均高于現(xiàn)用溶劑正己烷,其本身毒性對(duì)人體和環(huán)境較小,成本也在可接受范圍內(nèi),因此繼續(xù)探討其潤濕性。

綜上所述,經(jīng)單組份配方篩選后我們初步選定了以下試劑作為濕磨體系成分的篩選對(duì)象:X-A、X-B、X-C、X-D和X-E。

3.2 潤濕性驗(yàn)證試驗(yàn)

為了確認(rèn)上述溶劑對(duì)混合料粉末的潤濕效果,我們將潤濕實(shí)驗(yàn)的時(shí)間延長至60min進(jìn)行驗(yàn)證。相關(guān)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 新溶劑重復(fù)驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

通過上述實(shí)驗(yàn),基本上驗(yàn)證了X-A、XB、X-C和X-D和X-E的潤濕效果好于或接近正己烷。因此我們對(duì)篩選確認(rèn)的上述溶劑進(jìn)行工藝對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

3.3 硬質(zhì)合金材料物理機(jī)械性能工藝對(duì)比試驗(yàn)

為了驗(yàn)證溶劑對(duì)研磨效率的影響,我們對(duì)篩選出的溶劑進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),按照6.0% Co+0.5%TaC+93.5%WC的成分配比,采用不添加任何助溶劑的條件下分別加入各類溶劑350ml,分別球磨48h后燒結(jié)制成合金試樣,檢測相關(guān)性能指標(biāo)如表3。

從實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn),采用新溶劑的X-B、X-C卸料時(shí)發(fā)現(xiàn)石蠟?zāi)芡耆芙獾珰馕遁^大。X-D有部分石蠟未溶解,其他卸料時(shí)未發(fā)現(xiàn)石蠟有不溶解的現(xiàn)象。

從磁性能結(jié)果上看,采用同樣原料、同等工藝的情況下,鈷磁結(jié)果依次為正己烷＞XA＞X-E＞X-C＞X-B＞X-D。考慮到燒結(jié)和檢測等數(shù)據(jù)的影響,除X-B、X-D、X-C增氧明顯外,X-A、X-E在球磨過程中對(duì)合金沒有明顯的增氧作用。

從金相組織結(jié)構(gòu)上看,不添加助溶劑和不預(yù)磨的情況下,X-A、X-E未發(fā)現(xiàn)有鈷池,而采用己烷作為研磨介質(zhì)時(shí),該牌號(hào)出現(xiàn)較為明顯的鈷池。即對(duì)鈷的分散效果,采用新溶劑要優(yōu)于目前的己烷體系。

另外在實(shí)驗(yàn)中X-B卸料氣味較大,且增氧現(xiàn)象比較突出,故不采用作為濕磨溶劑。

X-C對(duì)石蠟溶解性好,但由于本身具有一定揮發(fā)性氣味,在卸料過程中更為明顯,從環(huán)保及操作工健康考慮,也不建議采用。

X-D作為濕磨溶劑潤濕效果比較優(yōu)異,磁力明顯高于正己烷試樣。但增氧現(xiàn)象也比較突出,且對(duì)石蠟溶解性較差,故也不建議使用。

X-A和X-E的潤濕效果較好且增氧不明顯,且石蠟?zāi)軌蛉芙?。在同樣工藝下所制的合金試樣磁力指?biāo)較正己烷提高1.0k A/ m左右,對(duì)鈷的分散效果也優(yōu)于正己烷體系。另外,這兩種溶劑的沸點(diǎn)比正己烷高,安全無毒,可以作為新型濕磨溶劑。

表3 混合料制備亞細(xì)硬質(zhì)合金機(jī)械性能

4 結(jié)論

(1)通過毛細(xì)管上升法可間接評(píng)價(jià)研磨介質(zhì)對(duì)混合料的潤濕性好壞。

(2)通過篩選出的溶劑在石蠟體系下的研磨效率明顯優(yōu)于己烷,且對(duì)石蠟的溶解性較好。

[1] 王國棟.硬質(zhì)合金生產(chǎn)原理[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1990:140.

[2] 熊劍飛.SBS新型成型劑的開發(fā)與應(yīng)用研究[J].硬質(zhì)合金,1999,16(3):142-146.

[3] 張 立,Schubert W D,黃伯云.超細(xì)硬質(zhì)合金混合料的制備與制粒技術(shù)[J].硬質(zhì)合金, 2003,20(3):129-132.

[4] 唐 楷,顏 杰,黃 新.表面活性劑在硬質(zhì)合金球磨工藝中的應(yīng)用研究[J].中國鎢業(yè), 2007,22(4):33-35.

[5] 顏 杰,唐 楷,彭 濤,等.表面活性劑在硬質(zhì)合金混合料表面吸附行為的研究[J].中國鎢業(yè),2009,24(1):34-36.

[6] 周定良,黃文亮,謝 文.超細(xì)WC/Co混合粉體的分散技術(shù)研究[J].硬質(zhì)合金,2008,25 (2):101-104.

A New Type of Grinding Mediafor Cemented Carbide

XIA En-hua,LI Hai-xiong,GAN Xu-fa,ZHANG Hong-gang,YANG Wen-chao
(Zigong cemented carbide Co.,Ltd.,Zigong 643011,Sichuan,China)

For grinding superfine or fine carbide mixture with hexane paraffin process during the preparation of the dispersion problem,select the number of commercially available organic solvent as the hard alloy grinding media research,observation of wettability differences on tungsten carbide,by comparing the selected alloys,grinding medium is better than hexane.

cemented carbide;wettability;hexane-wax process;hard alloy;grinding media

TB552

:A

1001-5108(2015)04-0023-04

夏恩華,助理工程師,從事硬質(zhì)合金混合料生產(chǎn)工作。