超硬合金深冷处理之研究

 

超硬合金深冷处理之研究

摘要

传统的超硬合金模具或工具的制作，仅注重素材的选用及加工的方法，极少对超硬合金再加以热处理，本文即针对超硬合金的深冷处理加以研究，首先以帕姆奎斯特法找出最佳之深冷处理制程，再配合实际模具的线上使用寿命量测，验证深冷处理的效益，　结果显示超硬合金的性能可藉由深冷处理大幅提升，此提升的效果于钴含量较高时更为显著。

关键词﹕超硬合金、深冷处理、帕姆奎斯特法

一、前言

超硬合金具有高刚性及高耐磨耗性，因此在需要高精度及高产量的IC制造业中有极多的应用[1]，传统的超硬合金模具或工具的制作，仅注重素材的选用及加工的方法，极少对超硬合金再加以热处理，文献中也很少有相关的研究，但因为台湾特殊的产业环境，对于IC制造业模具的需求量极大，所以金属中心一直积极寻求提升超硬合金刀具及模具的使用寿命[2]，以服务业界，降低制造成本，提升竞争力。

超硬合金主要由碳化钨(WC)及钴(Co)组成[3,4]，配合性能上的需求再添加TaC，TiC，NbC等碳化物，碳化钨是超硬合金的主要成份，有极高的硬度，维氏硬度2400kg/mm2～2500kg/mm2，常温的弹性模数可达668～707Gpa，热膨胀系数则较低，常温时于a轴为5.2×10-6K-1，于c轴为4.2×10-6K-1。钴在超硬合金中是binder的角色，硬度低(124 Brinell)，常温的弹性模数为211Gpa。超硬合金自烧结的高温冷却下来，因碳化钨与钴的热膨胀系数不同，钴的收缩量约为碳化钨的三倍，造成热收缩量较大的钴承受拉伸应力，热收缩量较小的碳化钨承受压应力。

超硬合金烧结后的粗胚必需加工后方能制作精密的工具或模具，放电加工或线切割除了造成表面白层外，还会对超硬合金表层造成热影响区，此急速冷却的区域，有严重不利的热应力