制造硬质合金的方法技术

本发明专利技术涉及一种制造表面没有有害粘结相层的硬质合金的方法。这通过将受控量的碳氮化物包括在碳化物成分内而获得。本发明专利技术还涉及如此形成的硬质合金。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及硬质合金刀片以及借助于烧结的制造方法，其中如此形成的烧结刀片没有结合剂相表面层。因此，刀片的表面中的结合剂含量类似于或者小于块体相中的结合剂含量。
技术介绍
在硬质合金已经用于金属切削的几乎70年期间，一直在硬质合金刀片生产领域进行改进。粉末压制到近净形状逐渐增多的使用已经导致了对于具有良好限定表面的硬质合金等级的需要，其适于在没有预处理的情况之下进行物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)和中温化学气相沉积(MTVD)涂层。这种刀片一般由金属碳化物(一般为WC)制成，通常加入有其它金属(比如Nb、Ti、Ta等)的碳化物以及钴的金属粘结相。为了提高耐磨性，通常将一种或多种耐磨材料(比如TiC、TiN、Al2O3等)的薄层涂敷于表面上。很多硬质合金等级的共同问题是存在着部分地或完全地覆盖外部碳化钨晶粒的粘结相表面层。这种厚度能大于1μm的不希望粘结相层在烧结步骤期间发展。如果有粘结相层出现在表面上，则其对于CVD和PVD工艺都有负面影响，导致产生机械性能变劣的层以及涂层与基质的粘结不够。因此，在执行沉积工艺之前，必须移除粘结相层。粘结层的出现与碳化钨晶粒的尺寸有关系。通常，随着晶粒尺寸降低到低于大约2μm，并且尤其是低于大约1.5μm，粘结层变得在表面上更普遍并且因而出现了更多关于机械性能和涂层粘结的问题。精细和亚微细粒等级的硬质合金尤其易于受到表面粘结形成的影响。虽然现有技术中已经用很多方式解决了粘结相形成的问题，但是其中大多数方式可以分类为两个宽泛的类别。第一类的方法是防止粘结相的最初形成。第二类的方法是允许粘结相最初形成于表面上，然后试图通过机械的或化学的方式来移除结合剂。如前所述，粘结相表面层倾向于出现在晶粒尺寸小于大约2μm的硬质合金等级中。因此，简单地通过将晶粒尺寸保持在粘结相形成的限度之上，就能避免全部问题。然而，较大的晶粒尺寸带来了其自身的缺点。例如，在块体硬质合金中的给定粘结物水平下，室温(RT)硬度，即对塑性变形的抗力，随着晶粒尺寸增大而降低。类似地，为了获得给定RT硬度的水平，结合剂的水平必须随着碳化钨晶粒尺寸的增大而降低。由于结合剂水平越高，则韧性增大，因而其总体效应是随着晶粒尺寸增大，RT硬度或韧性一般会受到损失。较大晶粒尺寸下硬度和韧性之间的权衡问题由美国专利No.6,333,100以独特的方式解决，该专利教导了将高等级的立方碳化物(4-12wt％)添加入粉末成分。该专利所得到的烧结碳化物刀片沿着切削刃的任一侧均具有一定厚度和成分的富含钴粘结相且基本上没有立方碳化物的表面区域。其连同切削刃附近立方碳化物的优化一起，有助于对塑性变形的抗力以及韧性的同时改进。与此同时，因为刀片的实际表面(与紧邻地在表面之下的表面区域相对)由于其中使用了大晶粒尺寸而没有过多的粘结相，因而涂层将仍然粘结至刀片并且将维持机械性能。虽然该专利的教导通过改进在硬质合金中使用大碳化钨晶粒的权衡而显著地使现有技术进步，但是其代价是用较大的晶粒尺寸来直接解决粘结相形成的问题。于是，使用较小晶粒尺寸的优点就被放弃了。而且，该专利要求结合多个具体特点，这可能需要仔细监控，比如具体某一厚度的富含粘结相的表面区域。与对成分和几何形状要求不甚严格的工艺相比，这在一些情况下会提高生产成本。粘结相形成也能通过严密地控制冷却温度来抑制，如美国专利No.6,207,102所述，其中教导了使硬质合金在烧结之后快速冷却。快速冷却就产生了没有粘结相层的表面。这种方法虽然有效，但是却需要特殊的设备并且监控冷却步骤以产生期望的结果。第二类的方法，也就是那些允许粘结层的最初形成并且随后试图将其移除的方法，包括比如通过喷砂来进行机械移除的步骤。然而，喷砂难以控制，这是因为不能准确地控制喷砂深度。这又导致涂层刀片成品性能的分散以及对基质表面的硬质成分晶粒的损伤。然而，在美国专利No.6,132,293中公开了用精细颗粒进行的喷砂，在不损伤硬质成分晶粒的情况之下得到了粘结相层均匀的移除。或者，也能使用化学的或电解的方法来移除粘结层。然而，这些方法并非仅仅移除钴表面层。它们还导致了深度透入，尤其是在靠近刀片边缘的区域中。这可能会在层和基质之前形成不希望的孔隙度，与此同时，粘结层可能会部分地存在于刀片的其它区域中。上述现有技术方法的又一缺点在于它们需要额外的生产步骤来移除表面粘结层，并且为此对于大规模生产而言就不具有吸引力。因此希望烧结能以不形成粘结相层的方式进行。
技术实现思路
因此本专利技术的一个目标是提供一种用于提高涂层粘结于硬质合金基质的方法。本专利技术的另一目标是提供一种如上的方法，从而在烧结期间，在无需特定温度之下通过控制基质表面处的粘结相量来实现提高的粘结。本专利技术的又一目标是提供一种如上的方法，其避免了在烧结后步骤中需要表面粘结层的机械的或化学的移除。本专利技术的再一目标是提供一种如上的方法，其提供了通过改变粉末成分来对出现在烧结后基质表面上的粘结相量进行精确控制。本专利技术的再一目标是提供一种如上的方法，其允许在没有粘结相表面层伴随形成的情况之下制造出具有小晶粒尺寸的硬质合金等级。本专利技术的再一目标是提供一种用如上方法形成的硬质合金刀片。本专利技术的再一目标是提供一种用如上的硬质合金刀片，其具有通过化学或物理气相沉积而涂敷于其上的牢固粘结的表面涂层。这些目标以及在下面描述中阐述的其它目标通过一种来获得，该方法包括以下步骤提供碳化钨、结合剂以及立方相的混合物，其中该结合剂包含钴、铁或镍或它们的任意组合，所述立方相包括其量足以抑制结合剂在烧结物品表面上聚集的立方碳氮化物和/或碳化物的混合物；将混合物形成为成形物品；和烧结所述成形物品以形成烧结物品。本专利技术的目标还通过一种制造涂层硬质合金体的方法来获得，该涂层硬质合金体具有3至15wt％的结合剂成分，具有不小于(0.17×Co含量)wt％(例如对于Co＝6wt％则为1wt％)且最大值为4.0wt％的立方相。对于金属而言，该成分具有介于大约0.08至大约1.0的Ti/立方相的重量比，这意味着立方相成分的范围能从纯Ti(C1-xNx)到仅具有少量Ti的成分。表达为N/Ti的氮含量(摩尔比)大于0.05且小于0.6。碳化铬含量从零到大约2wt％，对于晶粒尺寸小于1μm而言，其优选地从大约0.2到大约1.5wt％，并且剩下的为WC。该方法包括通过加热到烧结温度来烧结硬质合金的步骤。本专利技术优选的烧结方法包括HIP烧结和真空烧结，从而氮能通过立方相和/或作为氮气在达到Ts(烧结温度)之前加入。适合的Ts处于1380-1500℃的范围内，并且烧结时间为10-90分钟，此后进行冷却、进行后烧结处理、给该硬质合金体提供一个耐磨的薄涂层，该涂层包括至少一个通过CVD、MTCVD或PVD技术涂敷的层，并且进行后涂层处理，比如刷洗和/或抛光。附图说明为了更完全地理解本专利技术，可以结合附图阅读以下详细描述，在附图中图1示出了现有技术中的硬质合金刀片表面4000倍放大的顶视图，该表面几乎全都由粘结相层覆盖，并且该硬质合金刀片具有6.0wt％的Co、0.5wt％的碳化铬以及晶粒尺寸为0.8μm的剩余WC的成分；图2示出了根据本专利技术中的硬质合金刀片表面4000倍放大的顶视图，该硬质合金刀片具有6wt％的Co、0.5w本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造硬质合金的方法，包括以下步骤：提供碳化钨、结合剂以及含有ＩＶＢ族元素（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ）的碳氮化物，其中该结合剂从由钴、铁、镍及其混合物所构成的组中选择；将该混合物形成为具有表面和位于所述表面下面的表面区域的成形物品 ；和烧结所述成形物品，并且同时维持表面处的结合剂的浓度不大于所述物品块体内的结合剂浓度。

【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：罗尔夫奥洛夫松，尼克拉斯阿伦，
申请(专利权)人：山高刀具公司，
类型：发明
国别省市：SE[]