硬质金属组合物制造技术

本发明专利技术涉及用于制造构件的方法以及通过该方法所获得的构件，该方法包括烧结包含硬质材料颗粒和粘合金属的组合物。此外，本发明专利技术涉及该构件在高度侵蚀性和/或磨蚀性条件下的应用，优选在道路建设中作为凿子，作为钻头的一部分或作为耐磨部件，例如，作为用于保护表面的板。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】硬质金属组合物
本专利技术涉及用于制造构件的方法以及通过该方法所获得的构件，该方法包括烧结包含硬质材料颗粒和粘合金属的组合物。此外，本专利技术涉及该构件在高度侵蚀性和/或磨蚀性条件下的应用，优选在道路建设中作为凿子，作为钻头的一部分或作为耐磨部件，例如，作为用于保护表面的板。
技术介绍
对于用于高度侵蚀性和/或磨蚀性条件下的构件，例如焊接的耐磨保护层或用于石油和天然气勘探的钻头，由于其极好的耐磨性能，熔融碳化钨(WSC)是优选使用的材料。熔融碳化钨优异的耐磨性能基于其独特的由碳化钨(WC)和碳化二钨(W2C)组成的交替片层构成的微观结构。通常用铜基焊料浸润或利用自发流动的含镍合金焊接对熔融碳化钨进行处理。由于通过浸润或焊接处理，金属粘合相的含量通常为20-40重量％。相比之下，商业WC-Co或WC-Ni硬质金属中粘合剂的含量(粘合剂＝Co或Ni)明显低3-15％。硬质金属是指基本上包含硬质材料例如碳化物如碳化钨，和金属粘合剂如钴或镍的烧结构件。由于WSC的耐磨性能显著优于WC，需要将熔融碳化钨用于制备在工业上应用的具有<20％的显著低粘合剂含量的硬质金属。在硬质金属中，熔融碳化钨缺乏可用性的原因基本在于：a)在固态下以及烧结时产生的基本由钴和/或镍组成的液相中，熔融碳化钨颗粒通过扩散而溶解在Co中，b)有利的片层结构在烧结过程中发生热/化学转化，并且c)构件不能进行无孔烧结。DE19924683C2描述了熔融碳化钨在圆轴凿头上的应用。在DE19924683C2中，通过浸润而非通过烧结来制造凿头。因此，本专利技术的目的是提供用于制造包含具有完好的片层结构(Federstruktur)的熔融碳化钨，同时使用金属粘合剂的无孔硬质金属的方法。已经令人惊奇地发现，只要其化学稳定，并以特定的方式进行烧结，熔融碳化钨可以作为用于硬质金属的材料。已经令人惊奇地发现，从熔融碳化钨转变成由熔融碳化钨(WSC)内芯和碳化钨(WC)壳组成的macroline-WSC为制备烧结的硬质金属提供了足够的稳定性。在适当的烧结条件下，WC壳提供足够的保护，防止金属熔化。
技术实现思路
在第一个实施方式中，本专利技术提供了制造一种构件的方法，该方法包括烧结包含以下物质的组合物a)包含熔融碳化钨内芯和碳化钨外壳的硬质材料颗粒，b)选自Co、Ni、Fe及包含至少一种选自Co、Ni和Fe金属的合金的粘合金属，其中在1250℃至1400℃的温度范围内烧结3至15分钟。优选在低于10-2巴的气压下进行烧结。待烧结的组合物的主要成分是包含熔融碳化钨(WSC)内芯和碳化钨(WC)外壳的硬质材料颗粒。在本专利技术的优选实施方式中，硬质材料颗粒具有熔融碳化钨和/或包含熔融碳化钨和至少一种选自元素周期表第4B、5B和6B族的其它元素碳化物的合金的内芯，以及包含碳化钨和/或至少一种选自元素周期表第4B、5B和6B族的其它元素碳化物的合金的外壳。如果硬质材料颗粒的内芯或外壳由熔融碳化钨和选自元素周期表第4B、5B和6B族的其它元素碳化物，例如，Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr和Mo元素的至少一种碳化物的合金组成，那么基于硬质材料颗粒，其它碳化物的总含量最高为10重量％。特别地，根据本专利技术使用的硬质材料颗粒(在下文中简称为“macroline-WSC”)是指熔融碳化钨颗粒或其与Ti、Zr、Hf、V、Mo、Nb、Ta和Cr元素的至少一种碳化物的合金并具有碳化钨壳。熔融碳化钨(WSC)是WC和W2C的混合物，特别是由WC和W2C组成的共熔结构。WSC是WC和碳化二钨(W2C)的共熔混合物，其中平均碳质量比通常在3.8至4.2重量％的范围内。这对应于73-80重量％的W2C和20-27重量％的WC的相分布。WSC具有非常精细的晶体结构，通常被描述为片层结构，其由碳化物熔体的快速淬火而获得。颗粒的壳由一碳化钨，也被称为碳化钨WC组成。特别优选的具有WC壳的熔融碳化钨是macroline熔融碳化钨(MWC，H.C.StarckGMBH的粉末系列)。可以通过渗碳至所需的深度将WSC转化成WC而获得根据本专利技术使用的硬质材料，即，macroline-WSC，其一般可用于制造耐磨保护层和耐磨构件。特别地，根据本专利技术使用的macroline-WSC的特征在于，即使以常规方式进行处理(例如，与液体基质材料接触)，也仍然保持WC/WSC复合材料芯中的WSC的优异的韧性和硬度。根据本专利技术使用的硬质材料优选具有结合碳的含量为4至6重量％，特别优选4.5至5.5重量％。游离碳的含量不应超过0.1重量％。如果结合碳的含量小于4重量％时，不能形成足够致密的WC壳，因此不会观察到比WSC提高的耐化学性。如果相对于纯的WC，结合碳的含量接近6.13重量％的限值，则WSC芯太小而导致不能实现比纯的WC提高的硬度。当含有低比例的WC颗粒时，即，并非所有粉末颗粒都由WSC芯和WC壳构成时，根据本专利技术使用的硬质材料粉末仍可保留其有利的性能。因此，根据本专利技术，这种碳化钨粉末同样可以使用。因此，根据本专利技术，还可以使用由碳化钨颗粒和具有碳化钨壳的熔融碳化钨颗粒组成的粉末混合物。然而，优选至少70％，特别是至少80％，有利地至少90％的粉末颗粒具有WSC芯和WC壳。特别地，平均粒径可以在很宽的范围内变化，并特别取决于所计划的应用。根据ASTMB214利用RoTap筛分分析测定的粒径通常可高达3000μm。有利的是使用根据ASTMB214通过RoTap筛分分析测定的3μm至1500μm，5μm至1000μm，优选5μm至500μm，更优选10μm至300μm或10至180μm的粒径组分。例如，可以通过选择具有特定平均粒径的WSC粉末作为用于制备macroline-WSC的起始材料来设定平均粒径。然而，例如，也可以由已经制备的macroline-WSC混合或分离出特定的颗粒组分，例如通过筛分或分级。在根据本专利技术使用的硬质材料粉末中，WSC芯被一碳化钨致密壳所包围。通过光学显微镜对蚀刻材料测定的壳的厚度优选为根据ASTMB214通过RoTap筛分分析测定的平均粒径的0.05至0.4倍，特别优选为0.05至0.15倍。macroline-WSC具有优异的硬度。维氏硬度优选>2000HV0.1，特别优选>2500HV0.1。例如，可以通过使用合适的WSC粉末来设定颗粒的形态。根据本专利技术使用的硬质材料粉末可以相应地具有不同的形态，例如破碎后具有锋利的边缘或球形。就耐磨性能而言，原则上球形形态具有优势，但其比具有不规则形态的粉末更难制备。也可以使用不同形态粉末的混合物。通过根据本专利技术的制备碳化钨(macroline-WSC)的方法可以获得根据本专利技术使用的硬质材料粉末，其中在碳源的存在下，将熔融碳化钨粉末加热至1300℃至2000℃，优选1400℃至1700℃的温度。可以在惰性气体的存在下、在反应性气体的存在下或在真空中进行本方法。优选在氢的存在下进行。特别地，合适的反应性气体是气体碳源，例如一氧化碳、CO/CO2混合物、烃或烃的混合物如天然气。可能的碳源是气体和固体碳源。例如，作为固体碳源，可以使用炭黑或石墨。自然也可以使用各种气体和/或固体碳源的混合物。在碳源的存在下对WSC进行热处理导致表面上的WSC转化成WC本文档来自技高网...

【技术保护点】
制造构件的方法，包括烧结包含如下组分的组合物a)包含熔融碳化钨内芯和碳化钨外壳的硬质材料颗粒，以及b)选自Co、Ni、Fe和包含至少一种选自Co、Ni和Fe金属的合金的粘合金属，其中在1250℃至1400℃的温度范围内烧结3至15分钟。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.27 DE 102011117042.51.制造构件的方法，包括烧结包含如下组分的组合物a）包含熔融碳化钨内芯和碳化钨外壳的硬质材料颗粒，以及b）选自Co、Ni、Fe和包含至少一种选自Co、Ni和Fe金属的合金的粘合金属，其中在1250℃至1400℃的温度范围内烧结3至15分钟。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于总的硬质材料颗粒，所述硬质材料颗粒具有的结合碳含量为4至6重量％。3.根据权利要求1或2中所述的方法，其特征在于，所述硬质材料颗粒的壳的尺寸为平均粒径的0.05到0.4倍。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述硬质材料颗粒具有由熔融碳化钨和/或包含熔融碳化钨和至少一种选自元素周期表第4B、5B和6B族中的其它元素碳化物的合金组成的内芯，和由包含碳化钨和至少一种选自元素周期表第4B、5B和6B族中的其它元素碳化物的合金组成的外壳。5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在1300至1370℃的温度下进行烧结。6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，烧结3至10分钟。7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述粘合金属是包含Co、Ni、Fe的合金。8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述烧结为液相烧结。9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在低于10-3巴的气压下进行烧结。10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过以大于50K/min...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·格克，M·聪迪克，
申请(专利权)人：HC施塔克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE