硬质合金组合物及其制备方法技术

硬质合金组合物，每种组合物包括含第一种材料的硬颗粒，以及含第二种不同材料的粘合剂基体，该第二种材料包含铼或Ｎｉ基高温合金。可以使用两步烧结方法，在相对较低的烧结温度下在固相制备这种硬质合金，以制备出基本上完全密实的硬质合金。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请要求如下专利申请的优先权2003年6月2日提交的U.S.实用专利申请10/453，085和两个U.S.临时申请，2003年1月13日提交的60/439，838和2003年2月20日提交的60/449，305，题目同为“HardmetalCompositions with Novel Binder Compositions”。
技术介绍
本申请涉及硬质合金组合物，它们的制备方法，以及相关的应用。硬质合金包括多种复合材料，特指坚硬难熔材料，这些材料还表现出高耐磨性。广泛使用的硬质合金实例包括烧结的或渗碳的碳化物或碳氮化物，或者这些材料的组合物。一些称作金属陶瓷的硬质合金，在其组成中可以包括用粘合剂金属微粒粘结的加工过的金属陶瓷微粒(例如TiC)。某些硬质合金组合物已经在技术文献中作了记录。例如，在Brookes’World Dictionary and Handbook of Hardmetals，第6版，International CarbideData，United Kingdom(1996)中出版了硬质合金组合物的综合汇编。可以在多种应用领域中使用硬质合金。代表性的应用方面包括切割金属、石头和其他硬材料的切削工具，拔丝模，刀具，切割煤块、各种矿石和岩石的采矿工具，以及石油钻井工具和其他钻孔应用。此外，还可以使用这种硬质合金来建造各种设备的外壳和外表面或外层，以满足设备操作或者设备操作环境条件的特殊需要。许多硬质合金可以通过如下方法形成首先将坚硬难熔的碳化物或碳氮化物颗粒分散在粘合剂基体中，然后压制和烧结混合物。烧结过程使粘合剂基体粘合颗粒并压缩混合物以形成所得到的硬质合金。硬颗粒主要使所得到的硬质合金具有坚硬和难熔的性质。专利技术概述下面描述的硬质合金材料包括含硬颗粒和粘合剂基体的材料，其中硬颗粒含第一种材料，粘合剂基体含第二种不同的材料。硬颗粒以基本均匀的方式立体地分散在粘合剂基体中。硬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，以及基于碳化钨和碳化钛混合物的材料。粘合剂基体的第二种材料可以包括，尤其是铼，铼和钴的混合物，镍基高温合金，镍基高温合金和铼的混合物，镍基高温合金、铼和钴的混合物，以及这些材料和其他材料的混合材料。镍基高温合金可以处于γ-γ’冶金相。在各种执行方案中，例如第二种材料的体积可以占材料总体积的约3％～约40％。对于某些实际应用，粘合剂基体所含的铼数量可以大于材料总重量的25％。在其他的应用领域中，第二种材料可以包括Ni基高温合金。某些实际应用中Ni基高温合金可以包括Ni和者如Re的其他元素。按照一种执行方案，可以用如下方法制备本申请的硬质合金材料在真空条件下烧结材料混合物，并通过气体介质加压进行固相烧结。这些硬质合金材料和组合物方法的优点可以包括如下一个或多个方面一般有更优良的硬度，高温下增强的硬度，以及改善的耐腐蚀和抗氧化性。现结合附图、专利技术详述和权利要求书来详细描述本专利技术的这些和其他特征、执行方案和优点。附图描述附图说明图1所示为根据一个执行方案中制备硬质合金的一个示例性制备流程。图2所示为制备固相硬质合金的示例性两步烧结方法。图3、4、5、6、7和8所示为所选示例性硬质合金的各种测量的性质。专利技术详述硬质合金组合物的重要性在于它们直接影响着硬质合金在其预定应用领域中的技术性能，以及在制备这种硬质合金过程中采用的加工条件和设备。硬质合金组合物还可以直接影响硬质合金原材料的成本，以及与制备方法有关的成本。考虑到这些原因和其他的原因，硬质合金行业已经进行了广泛的努力来开发技术上更优良和经济实用的硬质合金组合物。本申请描述的是，除了其他特征外，含选择的粘合剂基体材料的硬质合金材料组合物，它们一起产生性能优势。感兴趣的硬质合金的材料组合物包括各种硬颗粒和各种粘合剂基体材料。一般而言，硬颗粒可以由元素周期表中IVB族金属碳化物(例如TiC、ZrC、HfC)、VB族金属碳化物(例如VC、NbC、TaC)以及VIB族金属碳化物(例如Cr3C2、Mo2C、WC)形成。此外，还可以使用由元素周期表IVB族金属元素形成的氮化物(例如TiN、ZrN、HfN)和VB族金属元素形成的氮化物(例如VN、NbN和TaN)。例如，一种在许多硬质合金中广泛使用的硬质合金颗粒材料组合物是碳化钨，如碳化一钨(WC)。各种氮化物可以和碳化物混合在一起形成硬颗粒。可以将上述的和其他的两种或多种碳化物和氮化物组合在一起形成WC基硬质合金或不含WC的硬质合金。不同碳化物的混合物实例包括但不限于WC和TiC的混合物，以及WC、TiC和TaC的混合物。粘合剂基体的材料组合物，除了提供用于将硬颗粒粘合到一起的基体外，可以显著地影响所得到的硬质合金的硬度和耐熔性质。一般而言，粘合剂基体可以包括元素周期表第8列中的一种或多种过渡金属，例如钴(Co)、镍(Ni)和铁(Fe)，以及6B列的金属，例如钼(Mo)和铬(Cr)。可以将两种或多种这样的和其他的粘合剂金属混合在一起，形成用于粘合合适的硬颗粒所需要的粘合剂基体。例如，一些粘合剂基体使用了具有不同相对重量的Co、Ni和Mo的组合物。此处描述的硬质合金组合物有一部分是基于如下认识而开发出来的可以对粘合剂基体材料组合物进行特殊的配置和定制，来得到满足各种应用领域中特殊需要的高性能硬质合金。具体而言，粘合剂基体材料组合物对所得到的硬质合金的其他材料性质，例如弹性，刚性以及强度参数(包括横断裂强度，抗拉强度和冲击强度)有明显的影响。因此，本专利技术人认识到为了改善所得到硬质合金的材料性质和性能，需要提供一种合适的粘合剂基体材料组合物，以更好地和硬颗粒材料组合物以及硬质合金的其他组分相匹配。更具体而言，这些硬质合金组合物使用的是这样的粘合剂基体，该粘合剂基体包括铼、镍基高温合金或者至少一种镍基高温合金和其他粘合剂材料的组合物。其他合适的粘合剂材料可以包括尤其是铼(Re)或钴。Ni基高温合金在较高温度下表现出高材料强度。所得到的用这种粘合剂材料形成的硬质合金可以得益于铼和Ni高温合金在高温下的高材料强度，并在高温下显示增强的性能。此外，Ni基高温合金还具有优良的耐腐蚀和抗氧化性，因而当将这种Ni基高温合金用作粘合剂材料时，可以改善硬质合金相应的抵抗力。本申请描述的硬质合金组合物包含的粘合剂基体含量可以占硬质合金中材料总体积的约3％～约40％，所以相应的硬颗粒体积百分比为约97％～约60％。在上述体积百分比范围内，在某些具体执行方案中粘合剂基体材料的体积可以为硬质合金材料总体积的约4％～约35％。更优选地，一些硬质合金的粘合剂基体含量可以占硬质合金中材料总体积的约5％～约30％。粘合剂基体材料在所得到的硬质合金总重量中的重量百分比可以从硬质合金的具体组成中得到。在各种执行方案中，粘合剂基体的组成可以主要由镍基高温合金，以及由镍基高温合金和诸如Re、Co、Ni、Fe、Mo和Cr的其他元素的各种组合形成。感兴趣的Ni基高温合金除了Ni外还可以包含元素Co、Cr、Al、Ti、Mo、W，以及其他元素例如Ta、Nb、B、Zr和C。例如，Ni基高温合金可以包括如下以高温合金总重量计的重量百分比的组成金属约30％～约70％的Ni，约10％～约30％的Cr，约0％～约25％的C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种材料，其包括：含第一种材料的硬颗粒；和含第二种不同材料的粘合剂基体，所述第二种材料的体积占材料总体积的约３％～约４０％，所述粘合剂基体包含超过材料总重量的２５％的铼，其中所述硬颗粒以基本均匀分布的方式立体地分散在粘合剂基 体中。

【技术特征摘要】
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【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]