與傳統(tǒng)含Co硬質(zhì)合金相比,無粘結(jié)劑硬質(zhì)合金的硬度更高(>HRA95),在一定的惡劣環(huán)境中使用時(shí)其耐磨性、抗氧化性、耐腐蝕性能有相當(dāng)?shù)母纳疲梢杂渺堆u作噴砂嘴、電子封裝材料、重負(fù)載滑動(dòng)密封耐磨件等;其切削性能大約為傳統(tǒng)硬質(zhì)合金的21倍,可以用做刀具和鑽頭材料,特別是用於加工鈦合金方面,工作效率可大大提高。
另外,無粘結(jié)相硬質(zhì)合金有比傳統(tǒng)WC-Co硬質(zhì)合金更好的拋光性。由於WC與Co的加工速度不一致,傳統(tǒng)硬質(zhì)合金難以獲得平滑的加工面,而不含Co的無粘結(jié)相硬質(zhì)合金可以獲得非常光滑的加工面,因此無粘結(jié)相硬質(zhì)合金特別適用於精密光學(xué)模具。目前,國外己經(jīng)有產(chǎn)品面世。例如,日本鎢公司己正式推出純WC無粘結(jié)相硬質(zhì)合金產(chǎn)品,主要用於非球面鏡頭模具。這種產(chǎn)品與傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金相比,有著高硬度、低熱膨脹係數(shù)和優(yōu)異的鏡面加工性,且在常壓800℃下的氧化增重僅約為傳統(tǒng)硬質(zhì)合金的15%。
可以預(yù)見,無粘結(jié)劑硬質(zhì)合金將具有十分廣闊的應(yīng)用前景。 然而,無粘結(jié)相硬質(zhì)合金的主原料WC是一種高熔點(diǎn)碳化物(熔點(diǎn)高達(dá)2900℃),在沒有粘結(jié)相存在的條件下,利用真空燒結(jié)等傳統(tǒng)燒結(jié)方法無法獲得高的緻密度。隨著熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)在硬質(zhì)合金行業(yè)的推廣,結(jié)合亞微米級(jí)別的WC粉末合成技術(shù)的發(fā)明,無粘結(jié)相硬質(zhì)合金的緻密化合成已成為可能。
目前,在研究開發(fā)中使用的燒結(jié)技術(shù)主要為放電等離子燒結(jié)法(SPS),SPS主要是利用外加脈衝強(qiáng)電流形成的電場清潔粉末顆粒表面氧化物和吸附的氣體,淨(jìng)化材料,活化粉末表面,提高粉末表面的擴(kuò)散能力,再在較低機(jī)械壓力下利用強(qiáng)電流短時(shí)加熱粉體進(jìn)行燒結(jié)緻密。SPS技術(shù)具有熱等靜壓技術(shù)無法比擬的優(yōu)點(diǎn):燒結(jié)溫度低(比熱等靜壓低200-300℃),燒結(jié)時(shí)間短(只需3-10min),單件能耗低;燒結(jié)體密度高,晶粒細(xì)小,是一種近終成形技術(shù);操作簡單,不像熱等靜壓那樣需要十分熟練的操作人員和特別的模套技術(shù)。
現(xiàn)在,利用SPS已經(jīng)可以製備高緻密(相對(duì)密度98%以上)、高硬度(達(dá)到HRA96)的大塊無粘結(jié)相WC超硬材料。 研究表明,使用更細(xì)的WC粉末可以在更低的溫度條件下獲得純WC的緻密燒結(jié)體。目前,無粘結(jié)劑硬質(zhì)合金主要基於微米或亞微米級(jí)原始粉末,如果原始WC粉末細(xì)化到納米級(jí),則合金的性能將會(huì)得到顯著提高。例如,如果使用200nm的原始WC粉末,利用SPS燒結(jié)技術(shù)可以在1500℃下得到相對(duì)密度為99.6%的純WC燒結(jié)體,並同時(shí)具有良好的硬度和韌性。但是,更細(xì)WC晶粒也容易導(dǎo)致結(jié)晶粒的異常生長,通過添加VC或Cr3C2等粒徑抑制劑可有效抑制WC粒徑,並進(jìn)一步提高合金性能。
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