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超硬合金深冷處理之研究

 

超硬合金深冷處理之研究

摘要

傳統的超硬合金模具或工具的制作，僅注重素材的選用及加工的方法，極少對超硬合金再加以熱處理，本文即針對超硬合金的深冷處理加以研究，首先以帕姆奎斯特法找出最佳之深冷處理制程，再配合實際模具的線上使用壽命量測，驗證深冷處理的效益，　結果顯示超硬合金的性能可藉由深冷處理大幅提升，此提升的效果于鈷含量較高時更為顯著。

關鍵詞﹕超硬合金、深冷處理、帕姆奎斯特法

一、前言

超硬合金具有高剛性及高耐磨耗性，因此在需要高精度及高產量的IC制造業中有極多的應用[1]，傳統的超硬合金模具或工具的制作，僅注重素材的選用及加工的方法，極少對超硬合金再加以熱處理，文獻中也很少有相關的研究，但因為臺灣特殊的產業環境，對于IC制造業模具的需求量極大，所以金屬中心一直積極尋求提升超硬合金刀具及模具的使用壽命[2]，以服務業界，降低制造成本，提升競爭力。

超硬合金主要由碳化鎢(WC)及鈷(Co)組成[3,4]，配合性能上的需求再添加TaC，TiC，NbC等碳化物，碳化鎢是超硬合金的主要成份，有極高的硬度，維氏硬度2400kg/mm2～2500kg/mm2，常溫的彈性模數可達668～707Gpa，熱膨脹系數則較低，常溫時于a軸為5.2×10-6K-1，于c軸為4.2×10-6K-1。鈷在超硬合金中是binder的角色，硬度低(124 Brinell)，常溫的彈性模數為211Gpa。超硬合金自燒結的高溫冷卻下來，因碳化鎢與鈷的熱膨脹系數不同，鈷的收縮量約為碳化鎢的三倍，造成熱收縮量較大的鈷承受拉伸應力，熱收縮量較小的碳化鎢承受壓應力。

超硬合金燒結后的粗胚必需加工后方能制作精密的工具或模具，放電加工或線切割除了造成表面白層外，還會對超硬合金表層造成熱影響區，此急速冷卻的區域，有嚴重不利的熱應力