СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ СПЕКАНИЕМ Советский патент 1934 года по МПК C22C1/04 

Известен способ изготовления твердых сплавов путем прессования и спекания.

По этому способу порошок какого-либо твердого вещества, например, порошок карбида тугоплавкого металла (как, например, карбида вольфрама, карбида тантала и др.) смешивается с порошком связующего вязкого металла (как, например, кобальт, никель и др.) и данная смесь подвергается прессованию в нужные формы.

Затем спрессованные тела подвергаются предварительному спеканию при красном калении для придания телу прочности, достаточной для последующей механической обработки.

После первого спекания полученный материал подвергается механической обработке для придания ему окончательной формы готового изделия, после чего оно подвергается второму и окончательному спеканию при температуре уже близкой к температуре плавления связующего металла. Тогда сплав приобретает высокую твердость, и изделие готово для применения в форме того или иного инструмента.

Одним из условий, определяющих хорошее качество готового твердого плава и изделия из него, является равномерное распределение связующего металла среди частиц карбида. Идеальным случаем является тот, когда каждое зерно карбида окружено прослойкой связующего металла, что довольно трудно достижимо при обычном способе простого механического перемешивания порошков карбида и связующего металла.

Посредсвом предлагаемого способа имеется в виду достигнуть окружения зерен карбида пленкой связующего металла, а также устранения необходимости операции первого спекания, причем изделие после прессования может быть подвержено механической обработке и затем сразу окончательному спеканию, благодаря чему, по мнению изобретателя, полученный твердый сплав будет иметь весьма высокую прочность.

Предлагаемый способ изготовления твердых сплавов спеканием состоит в следующем. Сначала приготовляется обычным способом порошкообразная твердая составная часть сплава (например, карбид вольфрама, карбид тантала, или какой-либо твердый борид или силицид или соединение каких-либо твердых карбидов, или боридов и т.п.) и порошкообразный связующий металл (кобальт, никель, железо и т.п. или порошкообразный сплав связующих металлов) и затем оба порошка - порошок твердого вещества и порошок связующего металла - смешиваются обычным известным путем (например, в шаровой мельнице). Затем смесь равномерно смачивается водным или спиртовым раствором металлической соли или какого-либо другого растворимого металлического соединения. Это смешивание можно производить и до загрузки смеси в шаровую мельницу с тем, чтобы в процессе перемешивания в шаровой мельнице наряду с перемешиванием исходных порошков произошло и равномерное пропитывание смеси раствором взятого металлического соединения.

При всяком способе смачивания - до перемешивания в мельнице, или после него - взятый водный или спиртовой раствор очень легко и быстро впитывается смесью мелких порошков и после небольшого перемешивания пропитывает смесь совершенно равномерно.

При выборе наилучшего для данного состава смеси (а, следовательно, и сплава) металлического соединения для пропитки надо руководствоваться следующими признаками.

Все составные часть данного соединения, кроме входящего в его состав металла или его окисла, должны быть летучими при температуре красного накала.

Металл, входящий в состав пропитывающего соединения, должен обладать способностью при температуре окончательного спекания твердого сплава образовывать со связующим металлом твердого сплава новый связующий сплав или твердый раствор, механические и физико-химические свойства которого вносят улучшения в свойства всего твердого сплава.

Наиболее благоприятным соединением для пропитки будет являться такое соединение, раствор которого, помимо вышеуказанных признаков, обладает способностью отлагать на поверхности цементирующего металла твердого сплава слои свободного металла, входящего в состав соединения, за счет чего часть цементирующего металла перейдет в раствор пропитывающего вещества.

Приготовленная обычным путем смесь, например, порошков карбида вольфрама и кобальта пропитывается аммиачным раствором медной соли какой-либо летучей кислоты, например, уксуснокислой меди или азотнокислой меди.

Количество взятого пропитывающего раствора должно содержать от 0,5 до 2,0% элементарной меди по отношению к количеству кобальта в данной смеси.

Раствор пропитывает все поры порошка, и смачивает все крупинки как карбида вольфрама, так и связующего металла кобальта. При этом частично происходит реакция обменного разложения, при которой металлическая медь отлагается на кобальтовых частицах, а кобальт частично переходит в раствор, который смачивает в форме непрерывной пленки все зерна карбида вольфрама.

Затем смесь подсушивается, желательно в теплом месте, до состояния сырого порошка; последний прессуется в нужные формы.

Слегка влажный порошок, пропитанный смесью аммиачных медной и кобальтовой соли, очень хорошо прессуется в прочные, хорошо оформленные тела.

Спрессованные тела подсушиваются на воздухе, желательно в теплом месте, после чего спрессованные тела обладают высокой прочностью, вполне достаточной для подвергания тела механической обработке для придания ему нужной окончательной формы изделия.

После механической обработки эти тела сразу подвергаются окончательному и единственному спеканию при медленном подъеме температуры до 1375-1450° и некоторой выдержке на этой температуре, в атмосфере водорода или окиси углерода.

При этом происходит улетучивание уксуснокислого аммония (или азотнокислого), восстановление меди и части кобальта, перешедшего в раствор, до металлического состояния и взаимное растворение металлической меди в кобальте, вследствие чего образуется новый связующий материал: кобальтово-медный сплав. Наличие присадки меди в цементирующем металле делает его, а, следовательно, и весь твердый сплав более вязким и антикорозийным, каковые свойства, как известно, весьма ценны для различных инструментов из твердых сплавов.

Кроме того, пропитывание всех пор исходной смеси порошков медно-кобальтовым раствором обеспечивает окружение каждого зерна карбида вольфрама цементирующим металлом, что ведет к увеличению прочности твердого сплава.

Таким образом по предлагаемому способу изготовления твердых сплавов спеканием необходимо перед прессовкой готовой порошкообразной смеси смачивать последнюю раствором некоторой металлической соли (или солей), причем эта соль (эти соли) должна (должны) в процессе последующего спекания разлагаться, оставляя металлический остаток, каковой, вступая во взаимодействие с частицами прессуемого и спекаемого металла, увеличивает спайность между ними и, образуя твердый раствор или слав с цементирующим металлом, - улучшает свойства твердого сплава в целом (плотность, прочность и режущую способность).

При этом для образования склеивающего раствора при прессовке могут служить азотнокислые или уксуснокислые (или других летучих кислот) соли следующих металлов: меди, железа, никеля, кобальта, марганца, или же аммиачные соли кислото-образующих металлов: вольфрамата, хромата, молибдат-аммония, или же соли металлов: титана, циркония, ванадия, тория, или раствор борной кислоты.

Способ изготовления твердых славов спеканием с применением смеси порошков твердого вещества (карбида тугоплавкого металла, борида, силицида) и связующего металла, отличающийся тем, что смесь смачивают раствором азотнокислых, уксуснокислых или других летучих кислот солей меди железа, никеля, кобальта или марганца или раствором аммиачных солей кислотообразующих металлов, как вольфрам, хром, молибден, или растворами солей титана циркония, вокадия или тория или раствором борной кислоты, затем подвергают прессованию и спеканию при температуре, близкой к температуре плавления связующего металла, причем в каждом отдельном случае выбирают из указанных соединений такие, чтобы входящий в них металл образовывал сплав или твердый раствор со связующим металлом, частично его замещая.