Способ получения твердосплавного композиционного материала

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, преимущественно могут использоваться для получения электроконтактных материалов. Предложен способ получения твердосплавного композиционного материала, включающий смешивание, прессование и жидкофазное спекание, при котором смешивают порошки карбида вольфрама, кобальта и меди и в полученную смесь вводят спиртовой раствор ортофосфорной кислоты при следующих соотношениях компонентов, вес.%: Cu 10-40; H₃РО₄ 0,6-6,0; WC-Со остальное. Полученную смесь пластифицируют составом растворенного в бензине каучука, а спекание осуществляют в вакуумных печах. Изобретение позволяет повысить электро- и теплопроводность материала с сохранением высоких прочностных и износостойких свойств, а также упростить технологию его получения. 1 табл.

Изобретение относится области порошковой металлургии, преимущественно может использоваться для получения электроконтактных материалов.

Электроконтактные материалы с высокими электропроводностью и тепловодностью должны обладать высокими прочностными и износостойкими свойствами. С этой целью материалы, предназначенные для изготовления электроконтактных изделий, изготавливают на основе карбидо-вольфрамово-кобальтовой связки с добавлением легирующих материалов.

Уровень техники заявляемого объекта известен из материала, содержащего карбид вольфрама и кобальт, легированных модифицированной связкой Со-Р, содержащей фосфор в количестве % м: 1,85; 3,69; 5,5; 7,3. Содержание кобальта в сплаве WC-Со-Р после соответствующей обработки составляет ~9%[1 ].

Известный материал обладает высокими прочностными и износостойкими свойствами, но неудовлетворительными электропроводными и теплопроводными свойствами.

Заявляемый материал отличается от известного тем, что с целью повышения электро- и теплопроводности с сохранением высоких прочностных и износостойких свойств в его состав дополнительно введена медь в виде порошка, а фосфор вводится в исходную порошковую смесь при смешивании компонентов WC, Со, Сu в виде спиртового раствора ортсфосфорной кислоты при следующих соотношениях исходных компонентов, % вес.: Сu 10-40; H₃PO₄ 0,6-6,0; WC-Co остальное.

Легирование медью карбидо-вольфрамо-кобальтовой связки способствует повышению электро- и теплопроводности заявляемого материала, а введение фосфора в виде раствора ортофосфорной кислоты способствует образованию легкоплавких эвтектик СuР и СоР, которые активизируют процесс жидкофазного спекания за счет смачивания и растворения тугоплавких частиц карбида вольфрама в легкоплавком кобальте. При этом достигается дополнительный технические результат, заключающийся в снижении остаточной пористости материала до 0,1-0,3%.

Для получения заявляемого материала предлагается способ.

Уровень техники заявляемого изобретения известен из способа, основанного на раздельном прессовании слоев компонентов и соединением их между собой металлическими пластинками [2; 3].

Известное техническое решение малоэффективно, так как при спекании изделий, сформированных из слоев, отличающихся структурой и составом, возникают трудности в выборе температурного режима, кроме того, в период жидкофазного спекания металлическая прослойка расплавляется и мигрирует в один из слоев, вызывая коробление и изменение формы изделия.

Известен также способ изготовления спеченного тугоплавкого соединения, содержащего 1-2% тугоплавкого металла с ограниченной растворимостью или не растворимого в тугоплавком соединении, включающий измельчение исходных порошков, их смешение, прессование и жидкофазное спекание, причем измельчение осуществляют до соотношения размера частиц тугоплавкого соединения и легкоплавкого металла 1-1,5, а прессование ведут до объема пор, равного 1-3 объема легкоплавкого металла, не растворимого в тугоплавком соединении, 1-6 объемам легкоплавкого металла с ограниченной растворимостью в тугоплавком соединении [4].

Недостатком известного способа, выбранного в качестве ближайшего аналога, является его сложность, обусловленная контролем над сохранением предложенных соотношений размеров частиц порошка тугоплавкого и легкоплавкого компонентов, а также объемов пор соединения при прессовании.

Заявляемый способ направлен на устранение указанного недостатка. Это достигается тем, что прессованию и последующему жидкофазному спеканию подвергается порошковая смесь с заявляемым составом входящих в нее компонентов без измельчения частиц до определенного соотношения и выдерживания соответствующего объема пор при прессовании.

Заявляемый способ отличается от известного тем, что смешивают порошки WC, Со, Сu и в полученную смесь добавляют спиртовой раствор ортофосфорпой кислоты при следующих соотношениях, вес.%: Сu 10-40; Н₃РO₄ 0,6-6,0; WC-Со остальное, производят пластифицирование полученной массы составом растворенного в бензине каучука, а жидкофазное спекание осуществляют в вакуумных печах.

Заявляемое соотношение компонентов достигается легкодоступным взвешиванием, а введение ортофосфорной кислоты в спиртовом растворе обеспечивает ее равномерное распределение по всему объему исходной смеси компонентов.

Экспериментально было обнаружено, что при введении в исходную порошковую смесь WC-Со-Сu раствора ортофосфорной кислоты в результате жидкофазного спекания образуются легкоплавкие эвтектики СuР и СоР, которые активизируют процесс спекания за счет улучшения смачиваемости и растворения тугоплавких частиц вольфрама в легкоплавком кобальте, образуя однородные по всем направлениям композиционные соединения с низкой остаточной пористостью и высокими физико-механическими и электрофизическими свойствами.

Испытания заявляемого материала, полученного заявленным способом, приведены в таблице.

Испытанию подвергались следующие порошковые смеси: А1 30 вес.%; WC-Co остальное; А2 30 вес.% Сu; Н₃РО₄ 1 вес.%; WC-Co остальное; A3 40 вес.% Сu; WC-Co остальное; А4 40 вес.% Сu; Н₃РО₄ 1 вес.%; WC-Co остальное; А5 45 вес.% Сu; Н₃РО₄ 6,1 вес.%; WC-Co остальное.

Источники информации 1. Порошковая металлургия и высокотемпературные материалы /Под редакцией П. Рамакришна. Челябинск: Металлургия, Челябинское отделение- 1999 г., с. 201.

2. А.с. 509011.

3. А. Ф. Лисовский. Миграция расплавов и металлы в спеченных композиционных материалах. - Киев; Наукова думка, 1984 г., с. 202.

4. Заявка РФ 923056, публ. 20.06.99 г., ОБ 17.

Формула изобретения

1. Способ получения твердосплавного композиционного материала, включающий смешивание, прессование и жидкофазное спекание, отличающийся тем, что смешивают порошки карбида вольфрама, кобальта и меди и в полученную смесь вводят спиртовой раствор ортофосфорной кислоты при следующих соотношениях компонентов, вес.%: Сu - 10-40 H₃РО₄ - 0,6-6,0
WC-Со - Остальное
полученную смесь пластифицируют составом растворенного в бензине каучука, а спекание осуществляют в вакуумных печах.

РИСУНКИ

Рисунок 1