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一种电化学加工的YT15硬质 合金

阅读：949发布：2020-05-16

专利汇可以提供一种电化学加工的YT15硬质合金专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且为了改善YT15硬质合金的硬度、耐磨性，制备了一种电化学加工的YT15硬质合金。采用组分为NaNO3、NaCl、NaOH、H2SO4、H3PO4的电解液为原料，电化学加工的YT15硬质合金，不同电解液产生的不同阳极表面膜特性和硬质合金材料固有的多组分特征是导致腐蚀规律和表面形貌差异的重要原因，抑制硬质合金同类材料边界的腐蚀是获得良好加工效果的关键。NaOH的去钝化能力较强，适于成型加工电解液。所制得的电化学加工的YT15硬质合金，其硬度、耐腐蚀性、抗弯强度都得到大幅提升。本发明能够为制备高性能的YT15硬质合金提供一种新的生产工艺。，下面是一种电化学加工的YT15硬质合金专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种电化学加工的YT15硬质合金的制备原料包括：组分为NaNO3、NaCl、NaOH、H2SO4、H3PO4的电解液。
2.根据权利要求1所述的电化学加工的YT15硬质合金，其特征是电化学加工的YT15硬质合金的制备步骤为：将原料按实验设计方案称重、配料，配好后将硬质合金试样置于夹具中并与电源正极相连，这样能够保证电流能够从硬质合金内部完全流通，然后将电解液从进液口中注入，将硬质合金完全浸渍于电解液中，工作站中的阴极板是吸附在工作台上的，电解液通过硬质合金与阴极板之间的间隙流出，阴阳极以一定间隙置于电解液中，通过水浴加热电解液达到特定温度。
3.根据权利要求1所述的电化学加工的YT15硬质合金，其特征是电化学加工的YT15硬质合金的检测步骤为：密度采用阿基米德排水法测定，物相分析采用X射线衍射仪，显微组织采用扫描电镜观察，显微组织采用透射电镜测定，元素分布采用X射线能谱测定，晶粒尺寸采用划线法测定，硬度和断裂韧性用压痕法测定和计算。
4.根据权利要求1所述的电化学加工的YT15硬质合金，其特征是所述的电化学加工的YT15硬质合金，不同电解液对硬质合金的力学性能具有不同的影响，表现在采用不同电解液加工制备的YT15硬质合金，硬质合金表面具有不同的形貌特征，这就导致不同电解液加工制备的YT15硬质合金具有不同的硬度及耐腐蚀强度，使用NaNO3电解液加工时，试件局部可能出现较严重的不均匀腐蚀导致的凸凹；NaCl电解液的轮廓形态变化趋势类似NaNO3，但不均匀腐蚀程度较轻；NaOH电解液的轮廓形态变化趋势基本保持原有形态特征，不均匀腐蚀情况较为微弱；H2SO4＋H3PO4电解液获得的轮廓起伏在微观上趋向平滑，所产生的不均匀腐蚀效果微弱，所述的电化学加工的YT15硬质合金，不同电解液产生的不同阳极表面膜特性和硬质合金材料固有的多组分特征是导致腐蚀规律和表面形貌差异的重要原因，抑制硬质合金同类材料边界的腐蚀是获得良好加工效果的关键，NaOH的去钝化能力较强，适于成型加工电解液，所述的电化学加工的YT15硬质合金，NaNO3及NaCl的钝化成膜效果明显，纯电化学加工不易获得良好的加工效果，通过合理施加外力控制阳极膜的有序破坏，则可提高表面质量，具有作为复合光整加工电解液的潜力，但适合两者的参数范围可能存在显著差异，H2SO4＋H3PO4具有较好的活化作用，能有效抑制材料的不均匀溶解，适用于具有一定表面质量要求条件下同时达到特定成型效果的加工。

说明书全文

一种电化学加工的YT15硬质 合金

所属技术领域

[0001] 本发明涉及一种硬质合金材料，尤其涉及一种电化学加工的YT15硬质合金。

背景技术

[0002] 硬质合金主要由硬质相和粘结相组成，硬质相一般为WC，传统的硬质合金以Co为粘结相；但金属Co是一种战略性稀缺材料，价格逐年上涨。WC-Co硬质合金兼具良好的韧性、硬度、耐磨性等综合性能，被广泛应用于矿用、切削、模具等各个领域，已成为现代社会不可缺少的重要材料。装备制造业作为国家基础性和支柱性产业，其中的高效切削加工占重要地位，而高性能刀具材料是实现高效切削加工的基础。如何有针对性的依用途研究或开发高性能材料是该领域的研究热点。

[0003] 电化学加工(electrochemical machining ) 利用电化学反应（或称电化学腐蚀）对金属材料进行加工的方法。与机械加工相比，电化学加工不受材料硬度、韧性的限制，已广泛用于工业生产中。常用的电化学加工有电解加工、电磨削、电化学抛光、电镀、电刻蚀和电解冶炼等。

发明内容

[0004] 本发明的目的是为了改善YT15硬质合金的硬度、耐磨性，设计了一种电化学加工的YT15硬质合金。

[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：电化学加工的YT15硬质合金的制备原料包括：组分为NaNO3、NaCl、NaOH、H2SO4、H3PO4的电解液。

[0006] 电化学加工的YT15硬质合金的制备步骤为：将原料按实验设计方案称重、配料，配好后将硬质合金试样置于夹具中并与电源正极相连，这样能够保证电流能够从硬质合金内部完全流通，然后将电解液从进液口中注入，将硬质合金完全浸渍于电解液中。工作站中的阴极板是吸附在工作台上的，电解液通过硬质合金与阴极板之间的间隙流出。阴阳极以一定间隙置于电解液中，通过水浴加热电解液达到特定温度。

[0007] 电化学加工的YT15硬质合金的检测步骤为：密度采用阿基米德排水法测定，物相分析采用X射线衍射仪，显微组织采用扫描电镜观察，显微组织采用透射电镜测定，元素分布采用X射线能谱测定，晶粒尺寸采用划线法测定，硬度和断裂韧性用压痕法测定和计算。

[0008] 所述的电化学加工的YT15硬质合金，不同电解液对硬质合金的力学性能具有不同的影响，表现在采用不同电解液加工制备的YT15硬质合金，硬质合金表面具有不同的形貌特征。这就导致不同电解液加工制备的YT15硬质合金具有不同的硬度及耐腐蚀强度。使用NaNO3电解液加工时，试件局部可能出现较严重的不均匀腐蚀导致的凸凹；NaCl电解液的轮廓形态变化趋势类似NaNO3，但不均匀腐蚀程度较轻；NaOH电解液的轮廓形态变化趋势基本保持原有形态特征，不均匀腐蚀情况较为微弱；H2SO4＋H3PO4电解液获得的轮廓起伏在微观上趋向平滑，所产生的不均匀腐蚀效果微弱。

[0009] 所述的电化学加工的YT15硬质合金，不同电解液产生的不同阳极表面膜特性和硬质合金材料固有的多组分特征是导致腐蚀规律和表面形貌差异的重要原因，抑制硬质合金同类材料边界的腐蚀是获得良好加工效果的关键。NaOH的去钝化能力较强，适于成型加工电解液。

[0010] 所述的电化学加工的YT15硬质合金，NaNO3及NaCl的钝化成膜效果明显，纯电化学加工不易获得良好的加工效果，通过合理施加外力控制阳极膜的有序破坏，则可提高表面质量，具有作为复合光整加工电解液的潜力，但适合两者的参数范围可能存在显著差异。H2SO4＋H3PO4具有较好的活化作用，能有效抑制材料的不均匀溶解，适用于具有一定表面质量要求条件下同时达到特定成型效果的加工。

[0011] 本发明的有益效果是：采用组分为NaNO3、NaCl、NaOH、H2SO4、H3PO4的电解液为原料，经过配料、连接，电化学沉积工艺成功制备了具有优异力学性能的电化学加工的YT15硬质合金。其中，不同的电解液加工制备的YT15硬质合金具有不同的力学性能。在这4种电解液加工制备的YT15硬质合金中，H2SO4＋H3PO4制得的硬质合金具有最优的力学性能。所制得的电化学加工的YT15硬质合金，其硬度、耐腐蚀性、抗弯强度都得到大幅提升。本发明能够为制备高性能的YT15硬质合金提供一种新的生产工艺。

具体实施方式

[0012] 实施案例1：电化学加工的YT15硬质合金的制备原料包括：组分为NaNO3、NaCl、NaOH、H2SO4、H3PO4的电解液。电化学加工的YT15硬质合金的制备步骤为：将原料按实验设计方案称重、配料，配好后将硬质合金试样置于夹具中并与电源正极相连，这样能够保证电流能够从硬质合金内部完全流通，随后将电解液从进液口中注入，将硬质合金完全浸渍于电解液中。工作站中的阴极板是吸附在工作台上的，电解液通过硬质合金与阴极板之间的间隙流出。阴阳极以一定间隙置于电解液中，通过水浴加热电解液达到特定温度。电化学加工的YT15硬质合金的检测步骤为：密度采用阿基米德排水法测定，物相分析采用X射线衍射仪，显微组织采用扫描电镜观察，显微组织采用透射电镜测定，元素分布采用X射线能谱测定，晶粒尺寸采用划线法测定，硬度和断裂韧性用压痕法测定和计算。

[0013] 实施案例2：随着i增大，试件表面呈现出不均匀腐蚀，局部腐蚀严重，存在成片材料脱落现象，当i继续升高时点蚀和剥落现象逐渐减少；当i升高到2.21A/cm2时，加工表面形成钝化膜堆积，凹缝明显，然后随着i升高凹缝又有减小趋势。低电流密度条件下，轮廓高度、宽度特征参数初始随着i升高逐渐增大，当i继续升高，又呈减小趋势。低电流密度加工时，电极电位小的CO优先溶解，发生选择性腐蚀，产生点蚀现象，Ra、Rmax、Rz、Sm增大；随着i增大，WC、TiC开始溶解并生成WO3及TiO2而形成氧化膜。可是氧化膜没有完全覆盖试件表面，选择性溶解加剧而形成斑点状凹坑。因为表面相同材料边界不仅在成分上与边界内基体有差别，材料边界原子受周围不同原子的影响排列无规则，所以具有较高的位能，容易被优先溶解而形成凹缝，产生边界腐蚀。实验发现，随着电流密度增大，试件表面产生明显的氧化物堆积，氧化物对反应过程的稳定性具有干扰，强化了不均匀腐蚀。当i增大到4.51A/cm2时，钝化膜溶解趋于均匀，因为电场对于阳极表面的活化作用强于反应产物对阳极表面的钝化作用，蚀除进入超钝化状态。

[0014] 实施案例3：试件表面形貌的变化趋势与使用NaNO3电解液时相似，随着i增大，表面局部腐蚀严重，有斑点状腐蚀坑，存在大片材料的剥落现象。当i升高到7.65A/cm2时表面钝化膜明显，凹缝也更加明显，然后i升高凹缝逐渐减小或消失。Ra和Rz随i增大而增大，Rmax和Sm随i增大呈现先增后减的趋势。NaCl与NaNO3电解液的腐蚀规律大体相似，随着i升高，工件表面生成氧化膜。选择性溶解导致表面局部腐蚀严重，形成斑点状凹坑，使得表面粗糙。加工过程中，Cl离子的去钝化作用一方面有利于提高腐蚀稳定性，可是也容易导致同类材料边界的优先溶解而形成边界凹缝。

[0015] 实施案例4：电流密度的变化未导致明显的氧化物堆积，也未出现明显的凹坑和凹缝，表面腐蚀大体均匀，表明i对表面形貌的影响较小。Ra和Sm随电流密度增大而变化的幅度有限，Rmax和Rz呈现随电流密度增大先增后减的趋势。与中性电解液相比，碱性电解液的去钝化作用强，反应过程中生成的WO3等钝化物会及时被溶解，但是CO在碱性溶液中也易生成CO（OH）2沉淀，表面状态受氧化膜干扰小，避免了选择性腐蚀等缺陷，表面光整度较好。

[0016] 实施案例5：试件表面首先呈现出微小的点蚀现象，i升高时，腐蚀有所扩展，表面有凹坑和凹缝形成，可是不明显。Rmax和Rz随i升高而增大，Ra和Sm随i增大呈现先增后减的趋势。H2SO4＋H3PO4加工时，金属CO、WC和TiC等均以离子形态溶入溶液中，活化离子对钝化膜的破坏作用能够有效避免不均匀腐蚀，因为H2SO4＋H3PO4为强酸，本身具有强腐蚀性，试件表面局部易氧化形成微小凹坑而产生点蚀。为了量化分析电化学腐蚀行为及规律，引入两个参数：一是加工过程中试件表面轮廓参数最大值与原始值的差值及比值，反映该种电解液对轮廓形态变化量的影响，其中差值反映了轮廓变化的绝对尺度特性，比值反映了轮廓变化的相对尺度特性，通过对比不同电解液获得的差值和比值，研究不同电解液的蚀除特性；另一是加工过程中微观轮廓高度方向参数和宽度方向参数的比值，反映电解液对表面腐蚀形态变化规律的影响，通过对比不同电解液获得的高宽比的变化，研究阳极表面腐蚀形态在加工过程中的变化规律。

[0017] 实施案例6：采用NaNO3和NaCl加工钨钴合金时，阳极不溶性产物主要是钨的氧化物并且覆盖于加工表面，而针对此种材料，电解液缺乏去钝化作用，使得电化学溶解行为在反应界面处于不稳定状态，致使表面不均匀腐蚀而恶化表面形貌。使用碱或酸性电解液时，阳极不溶性生成物少，尤其酸性电解液具有较强的去钝化作用，表面微观轮廓变化也就相对较小。结合实验过程中观测的表面成膜状态，以上现象可能是因为采用不同电解液形成的阳极膜的生成特性和去除特性导致的。抑制硬质合金同类材料边界的腐蚀是获得良好加工效果的关键。使用NaOH和H2SO4＋H3PO4时，因为碱性或酸性溶液具有良好的去钝化能力，可以有效抑制材料的不均匀溶解，适用于具有一定表面质量要求条件下同时要求特定成型效果的加工。但是NaNO3及NaCl的钝化成膜能力良好，纯电化学加工不容易获得良好的加工效果，通过合理施加外力控制阳极膜的有序破坏，就可能提高表面质量，具有作为复合光整加工电解液的潜力。在钢等金属材料的电化学加工中，非线性电解液NaNO3能够获得比线性电解液NaCl更好的表面质量，但是加工硬质合金材料时，情况却有所不同，结合实验观测到的现象，这可能因为NaNO3及NaCl加工硬质合金时表面生成氧化物的理化特性和加工钢材料时存在显著差别，NaNO3的生成物堆积特性更明显，恶化了加工过程。

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