硬质合金成形剂现状的探讨
摘要：评述国内外硬质合金生产中使用橡胶、石蜡、聚乙二醇三类作为成形剂的现状，分析了它们的优缺点和存在的问题，探讨了多元化成形剂的研究以及发展趋势。 1 引言
硬质合金是由具有高抗压强度，高硬度，高弹性模量的难溶碳化物组成的，其粉末在压制过程中比较难产生塑性变形。为改善粉末成形性能，增加压块强度，便于压坯转移，在成形前需在粉末物料中加入成形剂。
而作为中间辅料，成形剂在脱胶阶段中必须能完全脱去，任何残留都会给产品带来质量隐患。因为生产高质量硬质合金制品，必须严格控制合金中的总碳。虽然影响硬质合金制品总碳因素很多，但在碳化钨原材料品质稳定的情况下，成形剂的应用对产品总碳的影响是一个非常重要的方面。
因此，成形剂的性能是直接影响到毛坯和最终烧结产品性能的关键因素。
2 研究现状与问题 2.1 使用现状
据调查，过去一些硬质合金厂家曾采用过合成树脂、糊精、淀粉、甲基乙醇及纤维素等作为成形剂，如东德采用过加入量为48%~59%的地蜡、硬石蜡和石蜡油的混合物；美国通用电气公司使用过淀粉、阿拉伯橡胶和合成树脂；英国应用水溶性纤维、聚丙烯酞胺；有的厂家还
加入了表面活性物质。
国外硬质合金生产厂家由于具有先进生产设备，自动化程度很高，采用管道输送的混合料制备设备、全自动高精度压力机、多气氛压力脱胶烧结一体炉。国外硬质合金成形剂基本上是石蜡和PEG，用石蜡丙酮为球磨介质，用橡胶作成形剂的非常少。
目前国内硬质合金厂家广泛采用的成形剂是：橡胶、石蜡和聚乙二醇（ PEG）三类。根据引进技术的国外厂家不同，时间不同，每个厂家使用状况有所差异，引进山特维克技术的厂家一般采用PEG作为成形剂，采用喷雾干燥工艺。有的采用石蜡作成形剂，也采用喷雾干燥工艺。有的企业集中成形剂都用，还有橡胶石蜡混用。中小企业基本上是采用橡胶工艺，各种成形剂各有优缺点。 2.1.1 橡胶成形剂
五十年代末六十年代初我国硬质合金行业使用的丁钠橡胶由苏联进口，橡胶质量稳定。后因形势变化，改用兰州国产人工合成丁钠橡胶。由于制造工艺技术，设备等方面的原因，橡胶质量稳定性差。丁钠橡胶经汽油溶解后凝胶较多，溶液呈悬浮状，过滤困难，灰份、杂质含量高，影响合金生产正常进行。
橡胶溶剂成形性好，能压制出形状比较复杂和体积较大的制品，且压坯不易产生裂纹。但不足之处是灰分高，残留碳高，精确控碳难度大，不易真空脱除，产品质量不稳定，且不适于喷雾干燥工艺。 2.1.2 石蜡类成形剂
石蜡由石油提炼而成，石蜡是一种含有多种烃类的混合物，少量的液
态“杂质”以油的形式存在，固体组分是饱和的烷烃。石蜡的性质，归根到底是由它的化学组成决定的，看他们是直链、支链还是环状结构。石蜡可以分类为：石蜡，微晶蜡，蒙旦蜡，植物蜡，动物蜡，合成蜡。总品种有几十上百种之多。每一个品种的分子量、结构、性能、用途都不同。
一般硬质合金用石蜡主要是由正构烷烃组成，直链，直链分子少，芳烃少。分子量范围360-540，熔点42-70度，微溶于乙醇。微晶蜡分子量580-700，大多是支链分子，环烃化合物多。石蜡是脆的，微晶蜡较强韧，挠性更好，较高的抗张强度和熔点，粘结性也较大，且为饱和直链烃，高温能完全挥发，无残留物，在真空中也易脱除。减少了碳量控制过程中的难度，提高了合金碳量的精确度，但其粘性低，所得到的压块强度低，弹性后效大，容易在应力的集中部位产生裂纹，难以压制出形状较复杂的制品，且压坯性脆，易掉边掉角。 2.1.3水溶性聚合物成形剂
PEG（聚乙二醇）是一种水溶性聚合物，国外资料介绍PEG属于合成蜡。由环氧乙烷与水或乙二醇逐步加成而制得，分子量200-20000，他完全溶于水，室温下在乙醇中溶解度很小（小于1%），并和很多的物质相容，它对极性大的物质显示最大的相容性，无毒、无刺激性。PEG的成形性相当于石蜡，残留碳也较少，可以说，它是一种安全环保的成形剂，适用于喷雾干燥工艺。但是PEG吸湿严重，随着分子量的增大吸湿能力下降，对工作环境的湿度和温度要求极为苛刻，吸湿后粉料变硬，压制压力增大，对压力机要求较高。另外，对一些复杂
的产品形成较为困难。 2.2 实际生产中的对比
为了对比三种成形剂的性能，分别采用丁钠橡胶、石蜡、PEG作为成形剂配置混合料三批，基本成分为WC-8%Co，按同样单重压制成毛坯后经真空排胶一体烧结，获取金相及物理性能进行对比。 2.2.1 实验部分
本实验采用混合料基本成分为WC-8%Co，WC费氏粒度为6.5μm，其原料技术条件、配料组成及湿磨工艺见表1~表三所示，橡胶分别采用丁钠橡胶，石蜡和PEG。
表1 WC粉末的技术条件
表2 Co粉的技术条件
表3 混合料配比及湿磨工艺
其中橡胶料和石蜡料是采用航空汽油作为湿磨介质，PEG料采用无水酒精作为球墨介质。球墨结束后都采用真空干燥、擦筛制粒后压坯，采用真空加压烧结，烧结温度1430℃。 2.2.2 结果及讨论
①性能；试样物理机械性能见表4，
表4 样品物理机械性能表
②金相；试样金相照片见图1-图6，
图1 橡胶试样金相1500倍 图2 橡胶试样金相300倍
图3 石蜡试样金相1500倍 图4 石蜡试样金相300倍