Спосіб отримання спеченого твердого сплаву

Спосіб отримання спеченого твердого сплаву, що включає плакування порошків карбідів тугоплавких металів методом хімічного осадження з водних розчинів, їх пресування і спікання у вакуумі, який відрізняється тим, що порошки карбідів тугоплавких металів плакують двома шарами: внутрішнім - з евтектичного сплаву кобальту з фосфором, і зовнішнім - з чистого кобальту, а спікання проводять при 1200-1230 °С протягом 50-60 хвилин. (19) (21) u201014229 (22) 29.11.2010 (24) 10.06.2011 (46) 10.06.2011, Бюл.№ 11, 2011 р. (72) ЛИСЕНКО ОЛЕКСАНДР БОРИСОВИЧ, БРЕХАРЯ ГРИГОРІЙ ПАВЛОВИЧ, КОЗІНА НАДІЯ МИКОЛАЇВНА (73) ДНІПРОДЗЕРЖИНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 3 60138 евтектичного складу, що не дозволить досягти помітного зміцнення і зниження температури спікання твердих сплавів. При спіканні більше 60 хвилин товщина оболонки збільшиться і сплав кобальт-фосфор буде мати заевтектичний склад. Внаслідок цього механічні властивості можуть погіршитися при досягненні високої концентрації фосфідів у заевтектичній структурі кобальтфосфорної оболонки, яким властива висока твердість. Плакування вихідних порошків двошаровою оболонкою знижує температуру спікання за рахунок того, що оболонка із сплаву Со - Р, яка контактує з твердою фазою, володіє нижчою температурою плавлення, ніж чистий кобальт і повністю оплавляється при температурі 1200 – 1230 °С. Крім того, оболонка із сплаву Со - Р володіє більш високою рідкотекучістю, ніж чистий кобальт, а отже і кращою змочуючою здатністю щодо порошків карбідів перехідних металів. В результаті утворюється дрібнозерниста структура з більш однорідним гранулометричним складом, яка володіє більш високою тріщиностійкістю. Оплавлення кобальт-фосфорної оболонки при рідкофазному спіканні знижує активацію процесу, що обумовлюється тим, що у рідині енергія активації значно менша, ніж у твердому стані. Наявність в суміші композиційних порошків кобальт-фосфорної компоненти знижує швидкість росту зерен при рідкофазному спіканні за рахунок зниження первинної швидкості розчинення карбідних зерен, тобто металографічна структура, що утворилася, містить твердий розчин фосфору в кобальті і дисперсні виділення фосфідів. Це, у свою чергу, дозволяє підвищити міцнісні характеристики спечених твердих сплавів, що обумовить підвищення зносостійкості готового виробу. Спосіб здійснюється наступним чином. Вихідні порошки карбідів тугоплавких металів плакують оболонкою із сплаву Со-Р методом хімічного осадження з водних розчинів. Використовують ванну, що містить хлорид або сульфат кобальту, гіпофосфит натрію або калію, буферну добавку, комплексоутворювач і стабілізатор. Процес ведуть у лужному середовищі при температурі 900 °С. Вибирають 4 концентрацію фосфору в оболонці, що відповідає евтектичному складу, який відповідає 7 мас. % з метою зниження її температури плавлення до 1200 °С і забезпечення стабільності процесу плакування карбідів. Порошок, який покритий шаром, що містить фосфор, витягують з ванни, промивають дистильованою водою і завантажують у розчин для нанесення кобальтової оболонки, який містить як відновник гідразингидріт, а також хлорид або сульфат кобальту і комплексоутворювач. Процес ведуть у лужному середовищі при температурах 50-55 °С. Різні масові співвідношення металевої зв'язки (Со-Р + Co) і фази карбіду отримують, змінюючи товщину двошарової оболонки ∆м. В таблиці 1 представлені співвідношення ∆м до розміру фази карбіду dK, які забезпечують досягнення заданих відносних кількостей зв'язки М і концентрації фосфору в зв'язці при використанні в якості твердої фази карбідів цирконію і гафнію. Таблиця 1 Тверда Концентрація ∆M/dK фаза фосфору у М=0,05 М=0,15 М=0,25 зв'язці, ваг.% 0,5 0,013 0,042 0,077 1,0 0,013 0,043 0,078 2,5 0,013 0,043 0,079 ZrC 3,0 0,013 0,043 0,079 4,0 0,013 0,044 0,080 5,0 0,014 0,044 0,080 0,5 0,025 0,078 0,139 1,0 0,025 0,078 0,139 2,5 0,025 0,079 0,141 HfC 3,0 0,025 0,079 0,141 4,0 0,025 0,080 0,142 5,0 0,025 0,081 0,143 Вміст фосфору в зв'язці варіюють шляхом зміни товщини шарів, які містять фосфор (∆Со-Р) і кобальт (∆Со), оболонки. Значення ∆Со-р/∆со , використовують для отримання шести різних рівнів концентрацій фосфору в зв'язці, приведені в таблиці 2. Таблиця 2 м Тверда фаза 0,05 ZrC HfC 0,15 ZrC HfC 0,25 ZrC HfC 0,5%P 0,083 0,084 0,085 0,088 0,088 0,093 l,0%P 0,179 0,181 0,184 0,191 0,191 0,202 Підвищення концентрації фосфору в зв'язці понад 5 ваг. % призводить до погіршення комплексу механічних характеристик внаслідок окрихчування твердих сплавів. Введення до складу зв'язку фосфору в кількості меншій, ніж 0,5 ∆Со-Р/∆Co 2,5%P 3,0%P 0,566 0,805 0,603 0,815 0,614 0,829 0,635 0,858 0,635 0,857 0,672 0,907 4,0 %P 1,43 1,45 1,47 1,53 1,52 1,61 2,68 2,72 2,76 2,86 2,86 3,02 ваг. % не дозволяє досягти помітного зміцнення і зниження температури спікання твердих сплавів. Після завершення процесів хімічного осадження композиційний порошок з двошаровою оболонкою промивають дистильованою водою і 5 60138 висушують в сушильній шафі при температурі 7080 °С. Висушений порошок піддають розсіванню по фракціях, після чого фракцію заданого розміру змішують з пластифікатором, пресують у виріб під тиском 80-100 МПа і спікають у вакуумі при температурах 1200-1230 °С в залежності від хімічного складу карбідів. Хімічний склад спечених твердих сплавів описується формулою: К85 (Со1-х Рх)15 де К - карбіди ZrC або HfC ; х = 0,005 + 0,05 Запропонований спосіб характеризується наступними прикладами конкретного виконання. Приклад 1. Вихідний порошок карбіду цирконію з розмірами основної маси зерен карбідів 4-6 мкм завантажували у ванну для хімічного нанесення оболонки із евтектичного сплаву Co - P. Склад ванни, г/л: сульфат кобальту 24, гіпофосфит натрію 20, сірчанокислий амоній 40, нітрат натрію 8, натрійурилсульфат 0,1. Процес вели при температурі Т=90 °С і рН 8. Швидкість осадження оболонки Со-Р із вмістом 7 ваг. % Р складала 0,017 мкм/хв, час осадження - 2 хв. При цьому отримували співвідношення товщини шарів, які містять фосфор і кобальт, ∆Со-Р/∆Со= 0,184, що забезпечує концентрацію фосфору в металевій зв'язці 1 ваг. %. Порошок витягували з ванни, промивали дистильованою водою, і завантажували у ванну 6 для хімічного кобальтування наступного складу, г/л: хлорид кобальту - 5, гідразингідрат - 2, аміак (25 %) - 300-350 мл/л, трилон Б - 2. Температура ведення процесу – 53 °С, рН 12-14. Швидкість процесу кобальтування складала 0,04 мкм/хв, час осадження для отримання оболонки товщиною 0,18 мкм-4,5 хв. Процес хімічного осадження вели при об'ємній концентрації частинок в розчині 0,2 % і інтенсивному перемішуванні ванни. Порошок з двошаровою оболонкою витягували з ванни, промивали дистильованою водою і висушували у термошафі при температурі 80 °С. Висушений композиційний порошок змішували з розчином синтетичного каучуку в бензині, пресували у виріб заданої форми під тиском Р = 80 МПа і спікали у вакуумі при температурі 1230 °С протягом 60 хв. Приклад 2. В умовах прикладу 1 час нанесення внутрішньої оболонки із сплаву евтектичного складу Со-Р на карбід гафнію склав 9 хв, а час осадження кобальтової оболонки - 6 хв. При цьому отримали концентрацію фосфору в металевій зв'язці 2,5 ваг.%. Температура спікання склала 1200 °С. У таблиці 3 приведені хімічний склад і властивості сплавів, отриманих в конкретних прикладах реалізації пропонованого способу. Таблиця 3 Масова частка складових твердого сплаву Сплав Механічні властивості Температура спікання °С Середовище ZrC Приклад 1 Приклад 2 Приклад за прототипом HfC Co Р 85 85 14,85 14,62 0,15 0,38 1230 1200 вакуум вакуум 89 89,5 Межа міцності σв, МПа 980 1070 15 _ 1400 вакуум 87 750 85 Як видно з таблиці 3, запропонований спосіб отримання спеченого твердого сплаву володіє наступними перевагами над прототипом: - можливістю проведення спікання при нижчих температурах, що обумовлено тим, що оболонка, яка контактує з твердою фазою, із евтектичного сплаву кобальту з фосфором, повністю оплавляється при температурах 1200-1230 °С; Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Твердість HRA підвищенням міцнісних характеристик твердих сплавів внаслідок поліпшення змочуваності карбідів рідкою зв'язкою, яка містить фосфор, а також за рахунок утворення твердого розчину фосфору в кобальті і появи в структурі дисперсних виділень фосфідів. Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601