用于高温应用的硬质合金材料制造技术

硬质合金组合物，其每一种包含具有第一种材料的硬质颗粒以及具有包含铼或Ｎｉ基超级合金的第二种不同材料的粘结剂基体。钨也可以用作粘结剂基体材料。可以使用两步烧结方法在较低的烧结温度下将这些硬质合金制备成固态相以制备基本上完全致密的硬质合金。可以通过使用热喷涂法在表面上形成硬质合金涂层或结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于高温应用的硬质合金材料本申请要求题目为"用于高温应用的硬质合金材料"并且于2005年8 月19日提交的美国临时申请60/710,016的优先权，该美国临时申请通过 引用而结合作为本申请的说明书的一部分。专利技术背景本申请涉及硬质合金组合物、它们的制备技术以及相关的应用。 硬质合金包括各种复合材料，并且专门被设计成是坚硬且难熔的，并 且表现出强的耐磨性。广泛使用的硬质合金的实例包括烧结或渗碳的碳化 物或碳氮化物或这些材料的组合。 一些称作金属陶瓷的硬质合金，在其组 成中可以包含使用金属粘结剂颗粒粘结的经处理的陶瓷颗粒(例如TiC)。 在技术文献中已经记载了某些硬质合金的组合物。例如，在Brookes的硬 质合金的世界词典和手册(Brookes， World Dictionary and Handbook of Hardmetals)，第六版，国际碳化物数据、英国(1996)中出版了硬质合金组 合物的综合编纂。硬质合金可以用于各种应用。示例性应用包括用于切削金属、石头和 其它硬质材料的切削工具、拔丝模、刀具、用于切削煤以及各种矿石和岩 石的釆矿工具、和用于石油和其它钻孔应用的钻孔工具。另外，这些硬质 合金还可以用于构建各种装置的外壳和外部表面或层以满足该装置的操 作或该装置操作环境条件的特殊要求。许多硬质合金可以通过下列方法而形成首先将坚硬难熔的碳化物或 碳氮化物颗粒分散在粘结剂基体中，然后压制并且烧结混合物。该烧结方 法允许粘结剂基体粘结颗粒，并且压縮混合物以形成得到的硬质合金。硬 质颗粒对得到的硬质合金的坚硬而难熔的性能起主要作用。专利技术概述下述硬质合金材料包括含硬质颗粒和粘结剂基体的材料，其中硬质颗 粒含第一种材料，粘结剂基体含第二种不同的材料。将所述硬质颗粒在三 维上以基本上均匀的方式分散于粘结剂基体中。用于硬质颗粒的第一种材 料可以包括例如，基于碳化钨的材料、基于碳化钛的材料、基于碳化钨和 碳化钛的混合物、其它碳化物、氮化物、硼化物、硅化物以及这些材料的 组合的材料。用于粘结剂基体的第二种材料可以包括，其中，铼、铼和钴 的混合物、镍基超级合金、镍基超级合金和铼的混合物、镍基超级合金、 铼和钴的混合物以及与其它材料混合的这些材料。钨也可以用作硬质合 金材料中的粘结剂基体材料。镍基超级合金可以处于Y-y'金相。在各种实施方案中，例如，第二种材料的体积可以为材料总体积的约 3%至约40%。对于一些应用，粘结剂基体可以包含等于或大于最终材料的粘结剂基体的总重量的25%的铼。对于其他应用，第二种材料可以包含 Ni基超级合金。Ni基超级合金可以包含Ni和其它元素如Re以用于某些应用。根据一个实施方案，本申请的硬质合金材料的制备可以下列方法进行: 在真空条件下烧结材料混合物，并且在通过气体介质施加的压力下进行固 相烧结。还可以使用热喷涂法将这种硬质合金涂覆在表面上以形成硬质合 金涂层和硬质合金结构的任一种。由所述硬质合金材料的各个实施方案产生的优点可以包括下列中的 一个或多个总体上优良的硬度、在高温下的提高的硬度和提高的抗腐蚀 和抗氧化性。公开了另外的材料组成和它们的应用。例如，材料可以包含硬质颗 粒，所述硬质颗粒包含至少一种选自TaC、 HfC、 NbC、 ZrC、 TiC、 WC、 VC、 A14C3、 ThC2、 Mo2C、 SiC和B4C的至少一种的碳化物；以及粘结 该硬质颗粒并且包含铼的粘结剂基体。对于另一个实例，材料可以包含硬 质颗粒，所述硬质颗粒包含至少一种选自HfN、 TaN、 BN、 ZrN和TiN的 至少一种的氮化物；以及粘结该硬质颗粒并且包含铼的粘结剂基体。作为 又一个实例，材料可以包含硬质颗粒，所述硬质颗粒包含至少一种选自 Hffi2、 ZrB2、 TaB2、 TiB2、 NbB2和WB的至少一种的硼化物；以及粘结该硬质颗粒并且包含铼的粘结剂基体。可以使用这些和其它材料构建用于 各种应用的喷嘴或非腐蚀性喷嘴喉部。现在就附图、专利技术详述和权利要求详细描述这些和其它特征、实施方 案和优点。附图说明图1显示了制备根据一个实施方案的硬质合金的一种示例性制备流程。图2显示了用于处理处于固态的硬质合金的示例性两步烧结方法。图3、 4、 5、 6、 7禾B8显示了所选择的示例性硬质合金的各种测量的性能。图9和10说明了热喷涂法的实例。 专利技术详述硬质合金的组成是重要的，因为它们直接影响硬质合金在其预期应用 中的技术性能以及在这些硬质合金的制备过程中使用的处理条件和设备。 硬质合金组成还可能直接影响用于硬质合金的原料成本和与制备方法相 关的成本。由于这些和其它原因，在硬质合金工业中已经进行了广泛的努 力以研制技术上优良和经济上可行的硬质合金用组合物。本申请在特征之 中描述了具有一起提供性能优点的所选择的粘结剂基体材料的硬质合金 用材料组合物。令人感兴趣的硬质合金用材料组合物包含各种硬质颗粒和各种粘结 剂基体材料。通常，硬质颗粒可以由元素周期表中的IVB列(例如TiC、 ZrC、 HfC)、 VB歹(j(例如VC、 NbC、 丁aC)和VIB歹!j(例如Cr3C2、 Mo2C、 WC)中的金属的碳化物形成。另外，还可以使用由元素周期表中的IVB列 (例如TiN、 ZrN、 HfN)和VB歹U(例如VN、 NbN和TaN)中的金属元素形 成的氮化物。例如， 一种广泛用于多种硬质合金的硬质颗粒用材料组分是 碳化钨，例如一碳化钨(WC)。可以将各种氮化物与碳化物混合以形成硬质 颗粒。可以将上述和其它碳化物和氮化物的两种或更多种组合以形成WC 基硬质合金或无WC的硬质合金。不同碳化物的混合物的实例包括但不限于WC和TiC的混合物以及WC、 TiC和TaC的混合物。除各种碳化物以 外，还可以使用氮化物、碳氮化物、硼化物和硅化物作为用于硬质合金的 硬质颗粒。在本申请中描述了各种适合的硬质颗粒的实例。除提供用于将硬质颗粒粘结在一起的基体以外，粘结剂基体的材料组 成可以显著影响得到的硬质合金的坚硬而难熔的性能。通常，粘结剂基傳: 可以包含在元素周期表第8列中的一种或多种过渡金属，如钴(Co)、镍(Ni) 和铁(Fe)，以及在6B列中的金属，如钼(Mo)和铬(Cr)。可以将这些和其它 粘结剂金属的两种或更多种一起混合以形成用于粘结适合的硬质颗粒所 需的粘结剂基体。例如， 一些粘结剂基体使用具有不同的相对重量的Co、 Ni禾BMo的组合。在此所述的硬质合金组合物是部分基于下列认识研制的可以专门酉己 置并且调整粘结剂基体的材料组成以提供高性能的硬质合金而满足各种 应用的特殊要求。特别是，粘结剂基体的材料组成对得到的硬质合金的其 它材料性能，如弹性、刚性和强度参数(包括横向断裂强度、拉伸强度和冲 击强度)有显著影响。因此，本专利技术人认识到，为了提高材料性能以及得到 的硬质合金的性能，需要提供适合的粘结剂基体材料组成以更好地匹配硬 质颗粒以及硬质合金的其它组分的材料组成。更具体而言，这些硬质合金组合物使用包含铼、镍基超级合金或至少 一种镍基超级合金和其它粘结剂材料的组合的粘结剂基体。其中，其它适 合的粘结剂材料可以包含铼(Re)或钴。Ni基超级合金在较高温度下表现出 高材料强度。所得到的用这种粘结剂材料形成的硬质合金可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种材料，其包含：硬质颗粒，所述硬质颗粒包含选自ＴａＣ、ＨｆＣ、ＮｂＣ、ＺｒＣ、ＴｉＣ、ＷＣ、ＶＣ、Ａｌ↓［４］Ｃ↓［３］、ＴｈＣ↓［２］、Ｍｏ↓［２］Ｃ、ＳｉＣ和Ｂ↓［４］Ｃ的至少一种的至少一种碳化物；和粘结所述硬质颗粒并且包含铼的粘结剂基体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘效融，
申请(专利权)人：杰出金属实业公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]