硬质合金体和方法技术

本发明专利技术涉及一种硬质合金体的制备方法，所述方法包括：在包括一种或多种硬质相组分和粘结剂的WC基起始材料的坯块表面的至少一部分上，提供（1）包含颗粒细化剂和碳和/或氮的颗粒细化剂化合物，和（2）颗粒生长促进剂，然后烧结所述坯块。本发明专利技术还涉及包括WC基硬质相和粘结剂相的硬质合金体，其中中部表面区域的至少一部分比更深入所述体的一部分具有更低的平均粘结剂含量，并且上部表面区域的至少一部分比所述中部表面区域平均具有更大的平均WC粒度。所述硬质合金体可用于金属加工的切削工具刀片、用于采矿工具或冷成型工具的刀片。

【技术实现步骤摘要】
硬质合金体和方法本专利技术专利申请是国际申请号为PCT/SE2009/051285，国际申请日为2009年11月11日，进入中国国家阶段的申请号为200980145023.9，专利技术名称为“硬质合金体和方法”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及一种硬质合金体以及其制备方法。本专利技术还涉及该硬质合金体在工具中的用途。
技术介绍
在硬质合金中，粘结剂含量的增加通常导致韧性的增加，但是硬度和耐磨性降低。另外，碳化钨的粒度通常对性质有如下影响：与更粗糙的粒度相比，更细的粒度产生更硬的、更耐磨的材料，但是材料的耐冲击性降低。在硬质合金材料用于切削或钻孔工具的应用中，不同性质的组合是理想的，以使效率、耐久性和工具寿命最大化。在从该材料制备的产品的不同部分中，也可能对该材料有不同的要求。例如，在用于凿岩和矿物切削的刀片中，内部韧性的材料会是理想的，以最小化刀片断裂的风险，而表面区域中硬质材料可能是理想的，以得到足够的耐磨性。用于采矿工具的硬质合金的刀片在其使用中一般被消耗掉高达其高度或重量的一半。使该刀片经冲击载荷处理，其随着刀片磨损，变形使粘结剂相逐渐硬化，从而提高韧性。在凿岩和矿物切削应用中，硬质合金刀片的表面区域中的粘结剂相的初始变形硬化一般在第一部分中发生，通常是最初1-5%的钻头寿命长度。这增大了上部表面区域的韧性。在该初始变形硬化之前，在该操作的最初始阶段，由于太低的韧性，存在对刀片冲击损害的风险。至少在操作的初始阶段，通过在表面处和与表面最近的材料部分处提供耐冲击的材料，同时不牺牲足够的内部韧性、表面区域硬度和耐磨性的一般要求，从而最小化这种早期损害的风险是理想的。用于金属加工操作，包括剧烈、非连续载荷，例如间歇操作或敲击操作中的硬质合金刀片会经受高的冲击载荷作用，这增大了损害的风险。并且此处，在表面处和与表面最近的材料部分处提供耐冲击的材料，同时不牺牲所述内部韧性、硬度和耐磨性的一般要求是理想的。WO2005/056854A1公开了用于凿岩和矿物切削的硬质合金刀片。刀片的表面部分比内部部分具有更细的粒度和更低的粘结剂相含量。通过在烧结前在坯块上放置包含碳和/或氮的颗粒细化剂粉末而制备该刀片。US2004/0009088A1公开了WC和Co的生坯，其与颗粒生长抑制剂一起使用，并烧结。EP1739201A1公开了包括具有粘结剂梯度的刀片的钻头，其中该粘结剂梯度由碳、硼或氮的扩散产生。JP04-128330公开了用铬处理WC和Co的生坯。本专利技术的目的是提供硬质合金体，其优选是用于采矿工具的刀片，其为耐用的，并给出长的工具寿命。本专利技术的目的尤其是提供硬质合金体，其对于早期冲击损害具有高的抗性。专利技术详述本专利技术提供了一种硬质合金体的制备方法，该方法包括：在包括一种或多种硬质相形成组分和粘结剂的WC基起始材料的坯块表面的至少一部分上，提供（1）包含颗粒细化剂和碳和/或氮的颗粒细化剂化合物，和（2）颗粒生长促进剂，然后烧结该坯块。该WC基起始材料的粘结剂含量适当地为约4至约30wt%，优选为约5至约15wt%。在该WC基起始材料中的一种或多种硬质相形成组分的含量适当地为约70至约96wt%，优选为约90至约95wt%。适当地，WC包含大于70wt%，优选大于80wt%，更优选大于90wt%的硬质相形成组分。最优选硬质相形成组分主要由WC组成。除了WC，硬质相形成组分的例子是其它碳化物、氮化物或碳氮化物，其例子为TiC、TaC、NbC、TiN和TiCN。除了硬质相形成组分和粘结剂，在该WC基起始材料中可能存在附带的杂质。适当地，粘结剂为Co、Ni和Fe中的一种或多种，优选为Co和/或Ni，最优选为Co。通过压制粉末形式的WC基起始材料适当地提供所述坯块。所述硬质合金体适当地为硬质合金工具，优选为硬质合金工具刀片。在一个实施方式中，该硬质合金体是用于金属加工的切削工具刀片。在一个实施方式中，该硬质合金体是用于采矿工具的刀片，例如凿岩工具或矿物切削工具，或用于油和气的钻孔工具。在一个实施方式中，该硬质合金体是冷成型工具，例如用于形成螺纹、饮料罐、螺栓和钉子的工具。所述颗粒细化剂适当地为铬、钒、钽或铌，优选为铬或钒，最优选为铬。该颗粒细化剂化合物适当地为碳化物、混合碳化物、碳氮化物或氮化物。该颗粒细化剂化合物适当地选自钒、铬、钽和铌的碳化物、混合碳化物、碳氮化物或氮化物。优选地，该颗粒细化剂化合物为铬或钒的碳化物或氮化物，例如Cr3C2、Cr23C6、Cr7C3、Cr2N、CrN或VC，最优选为铬的碳化物，例如Cr3C2、Cr23C6或Cr7C3。所述颗粒生长促进剂优选促使粘结剂移动进入该硬质合金体中。该颗粒生长促进剂适当地为碳。提供到该坯表面上的碳可以是来自渗碳气氛的沉积碳形式、存在于例如烟灰和炭黑或石墨中的无定形碳。优选所述的碳为烟灰或石墨的形式。颗粒细化剂化合物与颗粒生长促进剂的重量比适当地为约0.05至约50，优选地为约0.1至约25，更优选为约0.2至约15，甚至更优选为约0.3至约12，最优选为约0.5至约8。提供到一个或多个表面上的该颗粒细化剂化合物的量适当地为约0.1至约100mg/cm2，优选地为约1至约50mg/cm2。提供到一个或多个表面上的该颗粒生长促进剂的量适当地为约0.1至约100mg/cm2，优选地为约1至约50mg/cm2。可在该坯块的一部分或几个独立的部分提供颗粒细化剂化合物和颗粒生长促进剂。在一个实施方式中，所述方法包括通过首先提供坯块，然后在该坯块表面的至少一部分上提供颗粒细化剂化合物和颗粒生长促进剂，从而在该坯块的表面上提供颗粒细化剂化合物和颗粒生长促进剂。可以通过施加单独或组合形式的液态分散体或浆料到所述坯块上而提供的颗粒细化剂化合物和/或颗粒生长促进剂。在这种情况下，液态相适当地为水、醇或聚合物，例如聚乙二醇。可选地，能够通过以固态物质优选为粉末的形式施加到生坯上而提供颗粒细化剂化合物和颗粒生长促进剂。通过用浸渍、喷涂或用任何其它方式施加生坯上，将颗粒细化剂化合物和颗粒生长促进剂施加到生坯上，从而适当地完成将颗粒细化剂化合物和颗粒生长促进剂施加到生坯上。当颗粒生长促进剂是碳时，或者可以从渗碳气氛中将其提供到生坯上。渗碳气氛适当地包括一氧化碳或C1-C4烷烃的一种或多种，即，甲烷、乙烷、丙烷或丁烷。在约1200至约1550℃的温度下适当地进行碳化。在一个实施方式中，该方法包括通过将颗粒细化剂化合物和颗粒生长促进剂与WC基起始材料粉末结合，然后将其压制为坯块，从而在坯块的表面提供颗粒细化剂化合物和颗粒生长促进剂。通过在引入WC基起始材料粉末前将颗粒细化剂化合物和颗粒生长促进剂引入压模中，然后进行压制，适当地完成在该坯块的表面提供颗粒细化剂化合物和颗粒生长促进剂。将颗粒细化剂化合物和颗粒生长促进剂作为分散体或浆料适当地引入压模中。在这种情况下，颗粒细化剂化合物分散或溶解在其中的液态相适当地为水、醇或聚合物，例如聚乙二醇。可选地，将颗粒细化剂化合物和颗粒生长促进剂中的一者或两者作为固态物质引入压模中。提供有颗粒细化剂和颗粒生长促进剂的坯块的包络面区域适当地为该坯块的总包络面区域的约1至约100%，优选其为约5至约100%。在生产采矿工具刀片，例如用于钻头的刀片的情况下，施加有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2008.11.11 EP 08168848.31.一种包括WC基硬质相和粘结剂相的硬质合金体，所述硬质合金体包括上部表面区域和中部表面区域，其中所述中部表面区域的至少一部分比更深入到所述硬质合金体的部分具有更低的平均粘结剂含量，并且所述上部表面区域的至少一部分比所述中部表面区域平均具有更大的平均WC粒度，所述硬质合金体在位于表面以下具有至少一个最大硬度，其中在所述硬质合金体的至少一部分上，0.3mm深度处的粒度对5mm深度处或者在主体区域内的粒度的比为1.01至1.4。2.根据权利要求1的硬质合金体，其中：-所述上部表面区域包括从表面点向下至深度d1的距离，-所述中部表面区域包括从d1向下到深度d2的距离；或向下到距表面点最远部分的距离，以最先到达的那一个距离处为准，d1与d2之比为0.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：扬尼斯·阿瓦尼提迪斯，
申请(专利权)人：山特维克知识产权股份有限公司，
类型：发明
国别省市：