新型CF系列硬質(zhì)合金材料的抗腐蝕特性

文/陳永興·春保森拉天時集團

新型CF系列硬質(zhì)合金材料的抗腐蝕特性

文/陳永興·春保森拉天時集團

近些年，隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，模具設計制造業(yè)也在迅猛的發(fā)展，模具的價格不斷下降，利潤逐漸減少、市場競爭日益激烈，模具生產(chǎn)商唯有通過把模具的“性價比”提高，才可以避免被淘汰的厄運。因此，模具生產(chǎn)商對提高模具壽命和質(zhì)量充滿了渴望。然而，提高模具質(zhì)量意味著更注重模具的設計、制造加工設備和模具組件的加工，這往往會使企業(yè)投入更多的資金，而不是降低成本。要想提高模具的性價比，還是首先從選擇高質(zhì)量的硬質(zhì)合金模具材料開始，因為材料往往是影響沖壓模具壽命的根本性因素，提高材料的質(zhì)量也可以使模具生產(chǎn)、加工事半功倍。

同時，為了應對模具的交貨時間大幅度縮短的問題，把握好模具加工周期非常重要。因此，大部分模具生產(chǎn)廠家都會訂購標準模具材料進行生產(chǎn)加工。對于硬質(zhì)合金材料來說，材料加工周期可短可長，而且材料加工時會受外界因素影響。如腐蝕導致的使用問題，所以保證硬質(zhì)合金材料在加工時的穩(wěn)定性也是模具壽命的關(guān)鍵因素。

硬質(zhì)合金在線切割加工中的腐蝕現(xiàn)象

隨著線切割機技術(shù)的發(fā)展，新型線切割機在加工硬質(zhì)合金的成本、效率方面，相對于其他加工方法，有了更加突出的改進。如果模具廠商沒有意識到新線切割技術(shù)的重要性，這將會使他們錯過機會，在未來的發(fā)展中發(fā)現(xiàn)自己在國內(nèi)、外市場競爭中會越來越被動。

圖1硬質(zhì)合金材料在加工過程中產(chǎn)生的缺陷

長期以來，腐蝕現(xiàn)象已經(jīng)變成硬質(zhì)合金加工過程中很大的困擾，例如在星期五下午開始用線切割加工一個尺寸為100mm×100mm×10mm的板塊硬質(zhì)合金材料，準備星期一早上做成30個模具配件。但是長時間無人操作或者一段特定的時間，硬質(zhì)合金的加工質(zhì)量經(jīng)常達不到客戶的要求，其主要原因是材料表面部分出現(xiàn)點狀腐蝕，脫落，光潔度和耐磨性變差等，如圖1所示，不能被客戶接受。未來解決硬質(zhì)合金在線切割加工中的缺陷，使用新的抗腐蝕硬質(zhì)合金已經(jīng)是一種新的形式。為了最大程度地利用新線切割技術(shù)可以“長時間無人操作”的優(yōu)勢，森拉天時跟線切割設備生產(chǎn)商達成發(fā)展新硬質(zhì)合金材料的一致目標，以增加硬質(zhì)合金在線切割加工時的穩(wěn)定性和抗腐蝕性。

硬質(zhì)合金是由碳化鎢和鈷組成。鈷在硬質(zhì)合金中的作用是粘結(jié)劑和提高斷裂韌度。從電化學角度看，鈷屬于非貴性金屬，在材料的加工過程中由于與介電質(zhì)（水有較高的氫離子濃度）接觸，出現(xiàn)了點狀的電化學腐蝕。這就意味著鈷粘結(jié)劑在加工過程中被分解了，失去了其在硬質(zhì)合金材料中所起的作用。阻止硬質(zhì)合金材料在線切割的腐蝕現(xiàn)象也被廣泛研究，比如使用貴性合金粘結(jié)劑，或者用鎳取代鈷，這樣會消除腐蝕現(xiàn)象。然而，這些粘結(jié)材料不能像鈷一樣與碳化鎢很好地粘結(jié)。使用這些粘結(jié)劑的硬質(zhì)合金材料的機械性能和線切割時的加工性能得不到很好的保障。CF系列抗腐蝕材料很好地解決了材料的腐蝕機率和腐蝕速度，與普通硬質(zhì)合金材料相比，腐蝕速度（腐蝕的程度）至少降低了80％。如圖2所示，使用線切割機，傳統(tǒng)材質(zhì)在水介質(zhì)中加工大約8h就會出腐蝕跡象。根據(jù)我們實驗室的理論測量，新型CF系列抗腐蝕材質(zhì)的腐蝕跡象大約到800h以后才會出現(xiàn)。

當然，在線切割加工過程中為了更好地保護硬質(zhì)合金，加工過程中的環(huán)境因素也是非常重要的：⑴線切割時的溫度調(diào)節(jié)；⑵介電質(zhì)的導電性；⑶線切加工水流沖洗方向；⑷換水頻率；⑸水PH值；⑹氯含量等。這些參數(shù)在線切割過程中必須仔細地考慮。

圖2材料的腐蝕速度與電壓之間的關(guān)系

CF系列合金抗腐蝕機理

為了解決材料腐蝕問題，春保森拉天時進行了線切割的電化學腐蝕測試，硬質(zhì)合金測試片被放在一種極差的媒介質(zhì)（這里采用水，電解質(zhì)PH＜5）中加工，然后持續(xù)增加媒介質(zhì)電壓，記錄電流值和電壓相對于電流密度數(shù)。在如此快的腐蝕進程和速度下，電流密度和材料腐蝕的傾向性是關(guān)聯(lián)的，被測電流可以很好地顯示鈷分解的總量。相對于大家熟知的腐蝕測試（根據(jù)DIN50905，測量腐蝕體損失的重量），這種新的測試方法能更好地體現(xiàn)硬質(zhì)合金受腐蝕的情況。

如圖3所示，是CF系列硬質(zhì)合金在透視電子顯微鏡下的照片，可以看到鈷被分解前表面產(chǎn)生了一層氧化層對合金起到了保護作用，導致合金的腐蝕速度被降低80％。經(jīng)研究分析，在透視電子顯微鏡下看到保護層是由氧化鉻和鈷組成的。另外，鈷粘結(jié)劑分解后被轉(zhuǎn)化成元素周期表第七和第八族元素如錸、鍺、鈀、銅，從而降低了合金的腐蝕傾向。

圖3CF系列硬質(zhì)合金顯微鏡下的照片

圖4抗腐蝕材料與普通材料加工過程腐蝕程度對比

腐蝕后硬質(zhì)合金的表面變得粗糙，光潔度下降。在沖壓生產(chǎn)過程中材料與模具之間的摩擦增加，容易產(chǎn)生卡料、加快模具磨損，導致模具返修率高、成本增加、壽命下降及材料斷裂等。如圖4所示，是用普通材料和CFH40S抗腐蝕材質(zhì)加工過程腐蝕程度的對比。在導電值為15～20μS的水中，進行線切割加工，加工時間大約23h，且加工完成后在水中浸泡63h，會發(fā)現(xiàn)非抗腐蝕硬質(zhì)合金材料腐蝕層深度可達35μm，相當于進行一次研磨的量。CF-H40S抗腐蝕材料在這種情況下可以避免過度腐蝕。

結(jié)束語

通過實驗研究和生產(chǎn)中的實際情況很好地體現(xiàn)了CF系列抗腐蝕材料的特性。在今后的發(fā)展中，新型的抗腐蝕硬質(zhì)合金材料會得到更廣泛地關(guān)注和應用。

陳件永材興料，部歐業(yè)洲務耐磨經(jīng)理。