專利名稱：硬質(zhì)合金工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有優(yōu)異性能的WC-C0基硬質(zhì)合金，具體地，該硬質(zhì)合金可用作木材加工、印刷電路板鉆孔以及拉絲的工具，且還可用作金屬切削操作的工具。
背景技術(shù)：
通常通過如下方法制備硬質(zhì)合金體在球磨機(jī)中，通過濕磨將WC、TiC、NbC、TaC、 Ni和/或Co的粉末以及壓制劑(通常為蠟基的)混合成為漿料，將該漿料噴霧干燥至可流動(dòng)的待壓制粉末，將該粉末壓縮為所需形狀和尺寸的坯體，并隨后進(jìn)行燒結(jié)。一般地，Co或M粉末通常具有寬的粒徑分布，并具有蠕蟲狀結(jié)構(gòu)的牢固團(tuán)聚顆粒，參見圖1。即使在超微磨碎機(jī)進(jìn)行碾磨時(shí)，該粉末也難于解團(tuán)聚。粘結(jié)相含量低會(huì)導(dǎo)致粘結(jié)相湖(binder phase lake)和非均質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，使得物理和化學(xué)性能發(fā)生變化。US 6，346，137公開的粘結(jié)相粉末主要具有晶粒聚集的近球形晶粒，其平均粒度為 0.5-2μπι，參見圖2。該粉末具有小的比表面積(SSA)，這也使得在低的粘結(jié)相含量情況下獲得均勻的硬質(zhì)合金結(jié)構(gòu)存在問題。在US 4，539，041中公開了另一種粘結(jié)相粉末。該粉末具有球形亞微米粒度顆粒， 參見圖3。這種粉末用作硬質(zhì)合金中的粘結(jié)相的應(yīng)用描述于美國專利5，441，693中。通過使用這種粉末，粘結(jié)相顆粒更好地分散，使得微觀結(jié)構(gòu)變得更加均勻。因此，燒結(jié)后存在較少的粘結(jié)相湖，且燒結(jié)溫度可進(jìn)一步降低。小的粒度和/或低的粘結(jié)相含量將導(dǎo)致更高的硬度。通常，需要獲得粒度與粘結(jié)相含量之間的折衷，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的燒結(jié)性，例如，在低燒結(jié)溫度下的硬質(zhì)合金的低孔隙度。 相對于具有略粗粒度的硬質(zhì)合金，具有非常微細(xì)粒度的硬質(zhì)合金通常需要更高的粘結(jié)相含量，以利用粘結(jié)相使得WC晶粒被適當(dāng)?shù)鼐鶆虻貪櫇?。粘結(jié)相在WC顆粒上的潤濕還受到粘結(jié)相在燒結(jié)前的分散和分布的影響，并且該WC顆粒應(yīng)進(jìn)行非常好的解團(tuán)聚和/或分離，以獲得大的比表面積。為了使硬質(zhì)合金工作性能優(yōu)化，重要的是使該微觀結(jié)構(gòu)盡可能地均勻。具有非常微細(xì)粒度的硬質(zhì)合金在低含量粘結(jié)相情況下，可觀察到孔隙度微細(xì)，以至于在光學(xué)顯微鏡下觀察不到，因此，不適用ISO 4505。使用掃描電子顯微鏡(SEM)，以二次電子模式，在5000的放大倍率下觀察到該納米尺寸孔隙度。該孔徑小于1 μ m。為量化納米孔隙度，在每個(gè)為1000 μ m2的5個(gè)不同區(qū)域中計(jì)數(shù)孔徑范圍為0. 5至1 μ m的孔的數(shù)目。這種孔隙度對于耐磨性具有負(fù)面影響?？赏ㄟ^將硬質(zhì)合金在壓力下進(jìn)行燒結(jié)(燒結(jié)熱等靜壓(Sinter-HIP))或熱等靜壓后處理而將該孔隙度最小化。
圖1至3顯示了具有a)圖1的蠕蟲狀結(jié)構(gòu)的Co粉末的掃描電子顯微鏡圖像；具有b)圖2的帶有小的SSA的近球形的Co粉末的掃描電子顯微鏡圖像；具有c)圖3的亞微米粒度和球形的Co粉末的掃描電子顯微鏡圖像。圖4顯示了在本發(fā)明中使用的海綿狀顆粒Co粉末的掃描電子顯微鏡圖像。
圖5是顯示納米孔隙度的硬質(zhì)合金的微觀結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡圖像。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有改進(jìn)的燒結(jié)性的硬質(zhì)合金，特別地，其具有微細(xì)的 WC粒度和/或低的粘結(jié)相含量。在本發(fā)明的一個(gè)方面中，提供了一種利用碾磨、壓制和燒結(jié)粉末的粉末冶金法制備一種燒結(jié)體的方法，所述燒結(jié)體包括一種或多種硬質(zhì)成分和基于鈷和/或鎳的粘結(jié)相， 其中，至少部分粘結(jié)相粉末的比表面積為3至8m2/g，粘結(jié)相粉末顆粒的粒度為1至5μπι。在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種利用碾磨、壓制和燒結(jié)粉末的粉末冶金法制備一種燒結(jié)體的方法，所述燒結(jié)體包括一種或多種硬質(zhì)成分和基于鈷和/或鎳的粘結(jié)相， 其中，至少部分粘結(jié)相粉末為海綿狀，其比表面積為3至8m2/g，該海綿狀顆粒的粒度為1至 5 μ m0根據(jù)本發(fā)明，提供了一種利用碾磨、壓制和燒結(jié)粉末的粉末冶金法形成硬質(zhì)成分和粘結(jié)相，而制備的具有改進(jìn)的燒結(jié)性的硬質(zhì)合金，所述硬質(zhì)合金基于碳化鎢和粘結(jié)相，所述粘結(jié)相基于Ni和/或Co，其中，條件是，適當(dāng)?shù)?，所述粘結(jié)相包括大于25 %、優(yōu)選50 %、 最優(yōu)選75 %的Ni和/或Co粉末，其由費(fèi)氏粒度為1至5 μ m，比表面積/BET為3至8m2/ g的海綿狀顆粒構(gòu)成。所述改進(jìn)的燒結(jié)性顯示為在保護(hù)氣氛中將燒結(jié)的硬質(zhì)合金再加熱至 1370-1410°C約1小時(shí)之后基本不變的納米孔隙度。本發(fā)明還涉及一種硬質(zhì)合金，其特別用于木材加工、印刷電路板鉆孔以及拉絲或金屬切削，所述硬質(zhì)合金具有均勻且致密的微觀結(jié)構(gòu)，粘結(jié)相分布良好，根據(jù)ISO 4505的孔隙度為Α00-Β00，且如上所述的納米孔隙度為< 2. 5孔/1000 μ m2。在保護(hù)氣氛中在 1370-1410°C下進(jìn)行熱處理約1小時(shí)之后，該納米孔隙度提高了一些至小于3孔/1000 μ m2。優(yōu)選地，粘結(jié)相的總含量為< 8wt%、優(yōu)選為0.8_6wt%、更優(yōu)選為、更優(yōu)選為1. 5- < 3wt%、最優(yōu)選為1. 5-2. 9wt%。優(yōu)選地，粘結(jié)相的總含量為< 8wt%、優(yōu)選為0.8_6wt%、最優(yōu)選為1.5_#t%， 高達(dá)Wt^WTiC+NbC+I^C，且其余為WC。燒結(jié)的WC的平均粒度優(yōu)選< Ιμπκ更優(yōu)選
<0. 8 μ m0在第一種實(shí)施方式中，粘結(jié)相的組成為40至80wt %的Co、優(yōu)選50至70wt %的Co、 最優(yōu)選55至Co，最多為Cr、優(yōu)選6至Cr且最優(yōu)選8-1 Iwt% 的Cr，余量為Ni，優(yōu)選25至35wt%的Ni。在第二種實(shí)施方式中，該硬質(zhì)合金由如下物質(zhì)構(gòu)成1. 5至2. Owt %的Co、 0. 4-0. 8wt %的Ni和0. 2-0. 4wt %的Cr，其余為碳化鎢，其中燒結(jié)的WC的平均粒度
<0. 8 μ m0 該硬質(zhì)合金可設(shè)有本領(lǐng)域已知的涂層。本發(fā)明還涉及根據(jù)上述的硬質(zhì)合金的應(yīng)用，其中，將其用作-鋸片或刀片，用于切削或機(jī)械加工木材或木材類產(chǎn)品，特別是膠合板、刨花板和中密度或高密度纖維板(MDF/HDF)，-用于冷成型操作的拉絲?；蚬ぞ?，-印刷電路板鉆頭和磨石，或
-用于金屬的切屑形成機(jī)械加工的涂覆的或未涂覆的刀片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1由如下合金A-D制備用于銑刀的刀片。根據(jù)傳統(tǒng)的制備方法，在燒結(jié)步驟中，將該刀片在燒結(jié)熱等靜壓爐中在1410°C且壓力為6MPa下進(jìn)行燒結(jié)。根據(jù)本發(fā)明的第一硬質(zhì)合金㈧由如下物質(zhì)構(gòu)成1. 9wt%的Co、0. 7wt%的Ni和 0. 3wt%的Cr，其余為碳化鎢，根據(jù)FSSS，所述碳化鎢的平均粒度為0. 5 μ m。參見圖4，可商購的Co和Ni粉末具有海綿結(jié)構(gòu)，且FSSS (費(fèi)氏微篩分粒器)粒度為1. 5 μ m，BET比表面積為 4m2/g。第二硬質(zhì)合金⑶具有與A相同的組成，并具有相同的WC粒度。在這種情況下，
參見圖3，使用了球形的多元醇Co和Ni粉末，F(xiàn)SSS粒度為0. 7 μ m，且BET比表面積為2m2/ g°第三硬質(zhì)合金(C)具有與A相同的組成，并具有相同的WC粒度。在這種情況下， 所用的Co和M粉末制備自用于制備硬質(zhì)合金的工業(yè)基準(zhǔn)的氫氧化物。參見圖1，F(xiàn)SSS粒度為0. 9 μ m，且BET比表面積為2m2/go第四硬質(zhì)合金(D)具有與A相同的組成，并具有相同的WC粒度。在這種情況下， 使用了由羰基分解法制備的Co和Ni粉末。參見圖2，F(xiàn)SSS粒度為0. 9 μ m，且BET比表面積為 1. 8m2/g。根據(jù)本發(fā)明的第五硬質(zhì)合金(E)由如下物質(zhì)構(gòu)成1. 9wt%的Co、0. 7wt%的Ni和 0. 3wt%的Cr，其余為碳化鎢，根據(jù)FSSS，所述碳化鎢的平均粒度為0. 5 μ m。可商購的Ni粉末具有海綿結(jié)構(gòu)，且FSSS(費(fèi)氏微篩分粒器)粒度為1.5μπι，ΒΕΤ比表面積為4m2/g。Co粉末為球形的多元醇Co粉末，F(xiàn)SSS粒度為0. 7 μ m，且BET比表面積為2m2/g。因此，海綿狀粘結(jié)相比例為約27wt%。對于該刀片的密度、硬度、孔隙度和納米孔隙度進(jìn)行冶金性分析。使用掃描電子顯微鏡，以二次電子模式，在5000的放大倍率下測定納米孔隙度，并以如上述的每1000 μ m2 的孔數(shù)目進(jìn)行報(bào)告。利用由帶有場發(fā)射槍的掃描電子顯微鏡(FEG-SEM)獲得的顯微照片測定燒結(jié)的WC的平均粒度。通過使用半自動(dòng)化裝置，并考慮形狀效應(yīng)，獲得評(píng)估結(jié)果。結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種利用碾磨、壓制和燒結(jié)粉末的粉末冶金法制備燒結(jié)體的方法，所述燒結(jié)體包括一種或多種硬質(zhì)成分和基于鈷和/或鎳的粘結(jié)相，其特征在于，至少部分所述粘結(jié)相粉末的比表面積為3至8m2/g，且顆粒的粒度為1至5 μ m。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少部分所述粘結(jié)相粉末為海綿狀，其比表面積為3至8m2/g，所述海綿狀顆粒的粒度為1至5 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述燒結(jié)體為硬質(zhì)合金，其中粘結(jié)相的總含量< 8wt%，TiC+NbC+TaC的含量< 5wt%，且其余為粒度< 1 μ m的WC。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，粘結(jié)相的總含量為0.8-6wt%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，粘結(jié)相的總含量為1.5-#t%。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述燒結(jié)體的WC粒度<0. 8 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述燒結(jié)體的WC粒度<0. 5 μ m。
8.一種硬質(zhì)合金，在基于Co和/或Ni的分布良好的粘結(jié)相中，具有均勻且致密微觀結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)組分，根據(jù)ISO 4505其孔隙度為Α00-Β00，其特征在于，納米孔隙度小于2. 5孔 /1000 μ m2。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的硬質(zhì)合金，其特征在于，在保護(hù)氣氛中在1370-1410°C下進(jìn)行熱處理約1小時(shí)之后，納米孔隙度小于3孔/1000 μ m2。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的硬質(zhì)合金，其特征在于，粘結(jié)相的含量為<3wt%。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的硬質(zhì)合金，其特征在于，粘結(jié)相的含量為<8wt%，其余為平均粒度< Iym的WC。
12.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的硬質(zhì)合金，其特征在于，所述粘結(jié)相的組成為40至 80wt%^ Co，最多 15wt%^ Cr，余量的 Ni。
13.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的硬質(zhì)合金，其特征在于，所述硬質(zhì)合金由如下物質(zhì)構(gòu)成 約1. 9wt%的Co、約0. 7wt%的Ni和約0. 3wt%的Cr，其余為平均WC粒度< 0. 8 μ m的碳化鎢。
14.根據(jù)權(quán)利要求8-13所述的硬質(zhì)合金作為刀片以及鉆頭或磨石的用途，其中所述刀片用于切削或機(jī)械加工木材或木材基產(chǎn)品，特別是膠合板、刨花板和中密度或高密度纖維板，所述鉆頭和磨石用于印刷電路板鉆孔。
15.根據(jù)權(quán)利要求8-13所述的硬質(zhì)合金作為拉絲模的用途。
16.根據(jù)權(quán)利要求8-13所述的硬質(zhì)合金作為用于金屬的切削或機(jī)械加工的刀片的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種硬質(zhì)合金，其具有在基于Co和/或Ni的分布良好的粘結(jié)相中硬質(zhì)組分的均勻且致密的微觀結(jié)構(gòu)，根據(jù)ISO 4505其孔隙度為A00-B00。所述硬質(zhì)合金的納米孔隙度為小于2.5孔/1000μm2，尺寸為0.5-1μm。通過使用比表面積為3至8m2/g的海綿狀粘結(jié)相粉末而制備所述硬質(zhì)合金，所述海綿狀顆粒的粒度為1至5μm。
文檔編號(hào)C22C29/08GK102439181SQ201080017545
公開日2012年5月2日 申請日期2010年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月27日
發(fā)明者斯特凡·埃德呂德 申請人:山特維克知識(shí)產(chǎn)權(quán)股份有限公司