含片晶碳化钨的硬质合金及其制备方法技术

公开了一种含片晶碳化钨的硬质合金，它包括：４－４０％（体积）的包括至少一种选自Ｃｏ、Ｎｉ和Ｆｅ的铁族金属作主要组分的粘合剂相；以及余量的硬质相和不可避免的杂质，硬质相仅含碳化钨，或含碳化钨和不高于５０％（体积）的选自元素周期表中第４ｂ族（Ｔｉ，Ｚｒ和Ｈｆ），第５ｂ族（Ｖ，Ｎｂ和Ｔａ）或第６ｂ族（Ｃｒ、Ｍｏ和Ｗ）的碳化物和氮化物及其固溶体中的至少一种，当用Ｃｕ－Ｋａ进行Ｘ射线衍射，（００１）晶面和（１０１）晶面的峰强分别表示为ｈ（００１）和ｈ（１０１）时，上述碳化钨满足ｈ（００１）／ｈ（１０１）≥０．５０，还公开了形成片晶碳化钨的组合物和上述硬质合金的制法。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种硬质合金，它具有优良的硬度、韧性、耐磨性、强度、耐塑性形变以及耐热开裂性能，它其中有片状碳化钨(本文以下称“片晶WC”)结晶，本专利技术尤其涉及一种含片晶WC的硬质合金，它适合作为刀具如可转位刀片、钻头和端面铣刀，涂层超硬工具的基体材料，塑性加工工具如拨丝模、冲压模和锻模，以及剪切工具如冲剪模和切刀，本专利技术还涉及用于形成片晶WC的组合物，以及用来制备这种含片晶WC的硬质合金的方法。通常，可以通过改变WC的粒度，Co含量和其它碳化物的添加量来改变硬质合金的硬度(即耐磨性)以及强度和韧性(即抗断裂性能)，从而使硬质合金广泛用于各种场合。但是存在一个矛盾的问题如果增加了耐磨性，则会降低抗断裂性能，相反若增加了抗断裂性能，则耐磨性又会下降。作为一种解决该问题的途径，可以提到由WC的晶面引起的各向异性的力学性能获得的方法，详细地说，例如涉及存在片晶WC的硬质合金的方法，其中的片晶WC具有三角形片或六方形片的形状，优选使其(001)晶面沿(001)晶面方向择优生长，因为WC晶体的(001)晶面具有最高的硬度，而(100)晶面方向具有最高弹性模量，或一种用来制备该硬质合金的方法。涉及片晶WC的现有技术的代表性的例子有，日本专利公告No.23049/1972和No.23050/1972，以及日本防卫性专利公开No.34008/1992，No.47239/1990，No.51408/1990，No.138434/1990，No.274827/1990和No.339659/1993。在涉及片晶WC的现有技术中，日本专利公开No.23049/1972和No.23050/1972，描述了一种使用混合粉末来制备含片晶WC的硬质合金的方法，这种混合粉末中含有胶质碳化钨粉末以及Fe、Ni、Co或其合金的粉末，所述胶质粉末中含有用来生长片晶WC的多孔团聚体。在日本防卫性专利公开No.34008/1982中，描述了一种制造双晶碳化钨的方法，它通过向充分粉碎的W和C的混合粉末中添加少量的铁族金属盐，然后在加热条件下对混合物进行碳化，使(001)晶面结合形成双晶面。此外，在日本防卫性专利公开No.47239/1990和138434/1990中，描述了一种制备硬质合金的方法，它用(W、Ti、Ta)C固溶体作为原料，其中所含的碳化钨处于过饱和态，在加热下烧结时，结晶为片晶WC。在日本防卫性专利公开No.274827/1990中，描述了一种制造各向异性硬质合金的方法，它将用过的硬质合金氧化、还原后，再碳化制得粉末，将粉末成型，然后烧结或热压烧结得到模制品。另外，在日本防卫性专利公开No.339659/1993中，叙述了一种含片晶WC的硬质合金的制备方法，它将含WC、3-40％(重量)的具有立方结构的化合物和1-25％(重量)的Co和/或Ni的混合粉末在1450℃或更高的温度下烧结，其中所含WC的粒度不超过0.5μm。在上述8种出版物中叙述的硬质合金或用上述出版物中所述方法制备的硬质合金中，WC的(001)晶面生长速度低，所以WC晶体的a轴长度，c轴长度和c/a比都很小，所含的片晶WC比例较低，这会产生这样一个问题，即硬质合金的各种特性，尤其是硬度、耐磨性、强度、韧性和抗断裂性不能得以提高。此外，在上述的制备方法中，难以控制WC的粒度，也难以提高所含片晶WC的比例，上述方法仅能用在组分受到局限的硬质合金中，并且制造且本高。本专利技术现已解决了上述问题，并且本专利技术的一个目的是提供一种含片晶WC的硬质合金，它具有最佳的协同效果，即同时具有高的硬度、高的韧性、高的耐磨性、高的强度，并且抗断裂性很好，这在常规硬质合金中是不能得到的，通过提高WC(001)晶面的生长速度，可以提高WC晶体的a轴长度、c轴长度及c/a比，并使WC晶体中片晶WC晶体比例增加，从而增加硬质合金的使用寿命，本专利技术还提供了一种制备上述硬质合金的方法，由此方法，通过烧结片晶WC形成粉末的混合粉末可以很容易在硬质合金中形成片晶WC，其中片晶WC形成粉末包括含铁族金属、W和C的复合碳化物或其前体，以及碳粉。本专利技术人为了在不降低硬质合金的硬度和耐磨性的前提下，提高其强度、韧性和抗断裂性，进行了多年的研究，结果发现通过提高WC(001)晶面的生长速度，WC晶体的a轴长度、c轴长度和c/a比，以及所含片晶WC晶体的比例，可以实现这一目的。为了得到这种硬质合金，可向包含铁族金属、W和C的复合碳化物，或在加热期间能形成这种复合碳化物的前体的粉末中加入碳粉，然后加热粉末混合物，通过反应和结晶可以很容易形成满足上述特性的片晶WC，从而完成了本专利技术。也就是说，本专利技术的含片晶WC的硬质合金包含4-40％(体积)的粘合剂相，该粘合剂相包含至少一种铁族金属(钴(Co)、镍(Ni)和铁(Fe))作为主要组分；及余量的硬质相和不可避免的杂质，这种硬质相仅含碳化钨，或含不超过50％(体积)的一种具有立方结构的化合物和碳化钨，这种具有立方结构的化合物选自元素周期表中第4b族(钛(Ti)、铬(Zr)和铪(Hf))，第5b族(钒(V)、铌(Nb)和钽(Ta))或第6b族(铬(Cr)、钼(Mo)和钨(W))的碳化物或氮化物或其固溶体中的至少一种。当用Cu靶的Ka射线进行X射线衍射分析得到的(001)晶面和(101)晶面的峰强分别表示为h(001)和h(101)时，上述的碳化钨满足h(001)/h(101)≥0.50，而本专利技术的含片晶WC的硬质合金具有下述三个特征，即具有优良的韧性、强度和硬度。下面将详细叙述本专利技术。作为本专利技术含片晶WC硬质合金的粘合剂相，可以具体提及，例如，Co、Ni、Fe及合金，如Co-Ni、Co-W、Ni-Cr和Fe-Ni-Cr。如果粘合剂相的量低于4％(体积)，烧结很困难，使烧结体内部还存在气孔，或者形成片晶WC晶体的速率降低，使硬质合金强度和硬度显著降低。另一方面，如果粘合剂相的量超过40％(体积)，包括片晶的WC的量相对降低，使硬质合金硬度和耐磨性显著降低。作为本专利技术的含片晶WC硬质合金中具有立方结构的化合物，可以具体提及，例如TaC、NbC、V4C3、VC、(W，Ti)C、(W，Ti，Ta)C、TiN、ZrN、(W，Ti)(C，N)和(W，Nb，Zr)CN。如果具有立方结构的化合物的量超过50％(体积)，则包括片晶WC在内的WC的量相对减少，使硬质合金的硬度和韧性显著降低。在本专利技术的第一个优选实施方案中，含片晶WC的硬质合金包括4-40％(体积)的以至少一种铁族金属(Co、Ni和Fe)为主要组分的粘合剂相；和余量的WC，当使用Cu靶Ka射线的X射线衍射分析中(001)晶面和(101)晶面的峰强分别用h(001)和h(101)表示时，上述WC满足h(001)/h(101)≥0.50。若峰强比h(001)/h(101)低于0.50时，表现最佳硬度的WC(001)晶面的生长速度较低，因此硬度的增加较小。峰强比h(001)/h(101)优选为0.55或更大，特别优选为0.60或更大。在本专利技术的第二个实施方案中，含片晶WC硬质合金的一个特征是，WC晶体的a轴长为0.2907nm或更大，c轴长为0.2840nm或更大。如果a轴长低于0.2907nm，或c轴长低于0.2840nm，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含片晶碳化钨的硬质合金，它包括：４－４０％（体积）的）和铁）组成一组的铁族金属为主要组分；及余量的硬质相和不可避免的杂质，硬质相仅含碳化钨，或含碳化钨和不超过５０％（体积）具有立方结构的化合物，这种立方结构化合物选自元素周期表中），铌）和钨）组成的第６ｂ族元素的碳化物和氮化物，以及它们的固溶体中的至少一种，靶Ｋａ射线进行Ｘ射线衍射分析，（００１）晶面和（１０１）晶面的峰强分别表示为ｈ（００１）和ｈ（１０１）时，上述碳化钨满足ｈ（００１）／ｈ（１０１）≥０．５０。２．权利要求１的硬质合金，其中碳化钨含不低于２０％（体积）的片晶碳化钨（基于总的碳化钨计），这种片晶碳化钨在硬质合金截面上的最大长度和最小长度之比不低于３．０。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：小林正树，北村幸三，木下聪，
申请(专利权)人：东芝图格莱株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]