真空烧结为硬质合金棒提供了一个无氧、洁净、低阻的高温环境,是实现其微观结构高度致密化、成分精确控制和性能最优化的最有效、最可靠的工业生产方法。 它是确保硬质合金能够满足切削、钻探、耐磨等苛刻工况要求的核心工艺保障。
1. 防止氧化与脱碳
核心成分敏感:硬质合金主要由高硬度的碳化钨(WC)颗粒和金属钴(Co)粘结相组成。钴在高温下极易氧化,而碳化钨在含氧气氛中会发生脱碳反应(如生成氧化钨或产生η相),这会严重损害合金的强度和韧性。
真空作用:真空环境(通常压力低于10 Pa)彻底移除了氧气和水蒸气,为烧结过程提供了一个高度洁净的惰性环境,从而保护了材料成分。
2. 有效去除杂质和吸附气体
去除成型剂:在压制成为生坯棒料的过程中,会加入石蜡等成型剂。真空烧结能将这些有机物在低温阶段就彻底分解并抽出,防止其残留形成碳杂质或孔隙。
排除吸附气体:粉末颗粒表面吸附的气体(如氮气、氢气)在真空下能被有效抽出,避免其在产品内部形成气泡或孔洞。

3. 促进合金致密化与改善微观结构
降低烧结阻力:真空环境降低了气体对粉末颗粒间物质迁移(扩散、流动)的阻碍,有利于物质传输和孔隙收缩。
促进液相均匀分布:在达到钴的熔点时,会形成液相烧结。真空环境有利于液相钴更好地润湿和包裹碳化钨颗粒,并填充所有空隙,从而获得接近理论密度的、均匀致密的微观结构。
净化表面:真空能“清洁”粉末颗粒表面,提高其表面能,增强烧结活性,使颗粒结合更牢固。
4. 提高产品综合性能
通过以上机制,真空烧结最终使得硬质合金棒获得(1)极高的密度和硬度:孔隙率极低,组织结构均匀;(2)优异的强度和韧性:良好的钴相分布和牢固的WC-Co结合界面;(3)稳定的化学组成和一致的质量:无氧化、脱碳,批次稳定性高。
对比其他硬质合金棒烧结方式
氢气烧结:虽然氢气具有还原性,可以防止氧化,但无法有效排除生坯中的碳(可能造成渗碳),且对某些杂质(如氧化物)的还原产物(水汽)难以完全排除,并有爆炸风险。对于高性能硬质合金,其纯净度和均匀性通常不如真空烧结。
热压烧结:虽然也能获得高密度,但设备复杂、成本高、产品形状受限,不适合大规模生产长棒材。

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