硬質合金工具的製作方法
2023-04-26 16:33:36 1
專利名稱：硬質合金工具的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有優異性能的WC-C0基硬質合金，具體地，該硬質合金可用作木材加工、印刷電路板鑽孔以及拉絲的工具，且還可用作金屬切削操作的工具。
背景技術：
通常通過如下方法製備硬質合金體在球磨機中，通過溼磨將WC、TiC、NbC、TaC、 Ni和/或Co的粉末以及壓製劑(通常為蠟基的)混合成為漿料，將該漿料噴霧乾燥至可流動的待壓制粉末，將該粉末壓縮為所需形狀和尺寸的坯體，並隨後進行燒結。一般地，Co或M粉末通常具有寬的粒徑分布，並具有蠕蟲狀結構的牢固團聚顆粒，參見圖1。即使在超微磨碎機進行碾磨時，該粉末也難於解團聚。粘結相含量低會導致粘結相湖(binder phase lake)和非均質的微觀結構，使得物理和化學性能發生變化。US 6，346，137公開的粘結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相含量情況下獲得均勻的硬質合金結構存在問題。在US 4，539，041中公開了另一種粘結相粉末。該粉末具有球形亞微米粒度顆粒， 參見圖3。這種粉末用作硬質合金中的粘結相的應用描述於美國專利5，441，693中。通過使用這種粉末，粘結相顆粒更好地分散，使得微觀結構變得更加均勻。因此，燒結後存在較少的粘結相湖，且燒結溫度可進一步降低。小的粒度和/或低的粘結相含量將導致更高的硬度。通常，需要獲得粒度與粘結相含量之間的折衷，以實現最優的燒結性，例如，在低燒結溫度下的硬質合金的低孔隙度。 相對於具有略粗粒度的硬質合金，具有非常微細粒度的硬質合金通常需要更高的粘結相含量，以利用粘結相使得WC晶粒被適當地均勻地潤溼。粘結相在WC顆粒上的潤溼還受到粘結相在燒結前的分散和分布的影響，並且該WC顆粒應進行非常好的解團聚和/或分離，以獲得大的比表面積。為了使硬質合金工作性能優化，重要的是使該微觀結構儘可能地均勻。具有非常微細粒度的硬質合金在低含量粘結相情況下，可觀察到孔隙度微細，以至於在光學顯微鏡下觀察不到，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。該孔徑小於1 μ m。為量化納米孔隙度，在每個為1000 μ m2的5個不同區域中計數孔徑範圍為0. 5至1 μ m的孔的數目。這種孔隙度對於耐磨性具有負面影響。可通過將硬質合金在壓力下進行燒結(燒結熱等靜壓(Sinter-HIP))或熱等靜壓後處理而將該孔隙度最小化。
圖1至3顯示了具有a)圖1的蠕蟲狀結構的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合金的微觀結構的掃描電子顯微鏡圖像。
發明內容
本發明的目的是提供一種具有改進的燒結性的硬質合金，特別地，其具有微細的 WC粒度和/或低的粘結相含量。在本發明的一個方面中，提供了一種利用碾磨、壓制和燒結粉末的粉末冶金法製備一種燒結體的方法，所述燒結體包括一種或多種硬質成分和基於鈷和/或鎳的粘結相， 其中，至少部分粘結相粉末的比表面積為3至8m2/g，粘結相粉末顆粒的粒度為1至5μπι。在本發明的另一方面中，提供了一種利用碾磨、壓制和燒結粉末的粉末冶金法製備一種燒結體的方法，所述燒結體包括一種或多種硬質成分和基於鈷和/或鎳的粘結相， 其中，至少部分粘結相粉末為海綿狀，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根據本發明，提供了一種利用碾磨、壓制和燒結粉末的粉末冶金法形成硬質成分和粘結相，而製備的具有改進的燒結性的硬質合金，所述硬質合金基於碳化鎢和粘結相，所述粘結相基於Ni和/或Co，其中，條件是，適當地，所述粘結相包括大於25 %、優選50 %、 最優選75 %的Ni和/或Co粉末，其由費氏粒度為1至5 μ m，比表面積/BET為3至8m2/ g的海綿狀顆粒構成。所述改進的燒結性顯示為在保護氣氛中將燒結的硬質合金再加熱至 1370-1410°C約1小時之後基本不變的納米孔隙度。本發明還涉及一種硬質合金，其特別用於木材加工、印刷電路板鑽孔以及拉絲或金屬切削，所述硬質合金具有均勻且緻密的微觀結構，粘結相分布良好，根據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。在保護氣氛中在 1370-1410°C下進行熱處理約1小時之後，該納米孔隙度提高了一些至小於3孔/1000 μ m2。優選地，粘結相的總含量為< 8wt%、優選為0.8_6wt%、更優選為、更優選為1. 5- < 3wt%、最優選為1. 5-2. 9wt%。優選地，粘結相的總含量為< 8wt%、優選為0.8_6wt%、最優選為1.5_#t%， 高達Wt^WTiC+NbC+I^C，且其餘為WC。燒結的WC的平均粒度優選< Ιμπκ更優選
<0. 8 μ m0在第一種實施方式中，粘結相的組成為40至80wt %的Co、優選50至70wt %的Co、 最優選55至Co，最多為Cr、優選6至Cr且最優選8-1 Iwt% 的Cr，餘量為Ni，優選25至35wt%的Ni。在第二種實施方式中，該硬質合金由如下物質構成1. 5至2. Owt %的Co、 0. 4-0. 8wt %的Ni和0. 2-0. 4wt %的Cr，其餘為碳化鎢，其中燒結的WC的平均粒度
<0. 8 μ m0 該硬質合金可設有本領域已知的塗層。本發明還涉及根據上述的硬質合金的應用，其中，將其用作-鋸片或刀片，用於切削或機械加工木材或木材類產品，特別是膠合板、刨花板和中密度或高密度纖維板(MDF/HDF)，-用於冷成型操作的拉絲模或工具，-印刷電路板鑽頭和磨石，或
-用於金屬的切屑形成機械加工的塗覆的或未塗覆的刀片。
具體實施例方式實施例1由如下合金A-D製備用於銑刀的刀片。根據傳統的製備方法，在燒結步驟中，將該刀片在燒結熱等靜壓爐中在1410°C且壓力為6MPa下進行燒結。根據本發明的第一硬質合金㈧由如下物質構成1. 9wt%的Co、0. 7wt%的Ni和 0. 3wt%的Cr，其餘為碳化鎢，根據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粉末具有海綿結構，且FSSS (費氏微篩分粒器)粒度為1. 5 μ m，BET比表面積為 4m2/g。第二硬質合金⑶具有與A相同的組成，並具有相同的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，FSSS粒度為0. 7 μ m，且BET比表面積為2m2/ g°第三硬質合金(C)具有與A相同的組成，並具有相同的WC粒度。在這種情況下， 所用的Co和M粉末製備自用於製備硬質合金的工業基準的氫氧化物。參見圖1，FSSS粒度為0. 9 μ m，且BET比表面積為2m2/go第四硬質合金(D)具有與A相同的組成，並具有相同的WC粒度。在這種情況下， 使用了由羰基分解法製備的Co和Ni粉末。參見圖2，FSSS粒度為0. 9 μ m，且BET比表面積為 1. 8m2/g。根據本發明的第五硬質合金(E)由如下物質構成1. 9wt%的Co、0. 7wt%的Ni和 0. 3wt%的Cr，其餘為碳化鎢，根據FSSS，所述碳化鎢的平均粒度為0. 5 μ m。可商購的Ni粉末具有海綿結構，且FSSS(費氏微篩分粒器)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，FSSS粒度為0. 7 μ m，且BET比表面積為2m2/g。因此，海綿狀粘結相比例為約27wt%。對於該刀片的密度、硬度、孔隙度和納米孔隙度進行冶金性分析。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，並以如上述的每1000 μ m2 的孔數目進行報告。利用由帶有場發射槍的掃描電子顯微鏡(FEG-SEM)獲得的顯微照片測定燒結的WC的平均粒度。通過使用半自動化裝置，並考慮形狀效應，獲得評估結果。結果
權利要求
1.一種利用碾磨、壓制和燒結粉末的粉末冶金法製備燒結體的方法，所述燒結體包括一種或多種硬質成分和基於鈷和/或鎳的粘結相，其特徵在於，至少部分所述粘結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.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，至少部分所述粘結相粉末為海綿狀，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.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述燒結體為硬質合金，其中粘結相的總含量< 8wt%，TiC+NbC+TaC的含量< 5wt%，且其餘為粒度< 1 μ m的WC。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，粘結相的總含量為0.8-6wt%。
5.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，粘結相的總含量為1.5-#t%。
6.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述燒結體的WC粒度<0. 8 μ m。
7.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述燒結體的WC粒度<0. 5 μ m。
8.一種硬質合金，在基於Co和/或Ni的分布良好的粘結相中，具有均勻且緻密微觀結構的硬質組分，根據ISO 4505其孔隙度為Α00-Β00，其特徵在於，納米孔隙度小於2. 5孔 /1000 μ m2。
9.根據權利要求8所述的硬質合金，其特徵在於，在保護氣氛中在1370-1410°C下進行熱處理約1小時之後，納米孔隙度小於3孔/1000 μ m2。
10.根據權利要求8或9所述的硬質合金，其特徵在於，粘結相的含量為<3wt%。
11.根據權利要求8或9所述的硬質合金，其特徵在於，粘結相的含量為<8wt%，其餘為平均粒度< Iym的WC。
12.根據權利要求8或9所述的硬質合金，其特徵在於，所述粘結相的組成為40至 80wt%^ Co，最多 15wt%^ Cr，餘量的 Ni。
13.根據權利要求8或9所述的硬質合金，其特徵在於，所述硬質合金由如下物質構成 約1. 9wt%的Co、約0. 7wt%的Ni和約0. 3wt%的Cr，其餘為平均WC粒度< 0. 8 μ m的碳化鎢。
14.根據權利要求8-13所述的硬質合金作為刀片以及鑽頭或磨石的用途，其中所述刀片用於切削或機械加工木材或木材基產品，特別是膠合板、刨花板和中密度或高密度纖維板，所述鑽頭和磨石用於印刷電路板鑽孔。
15.根據權利要求8-13所述的硬質合金作為拉絲模的用途。
16.根據權利要求8-13所述的硬質合金作為用於金屬的切削或機械加工的刀片的用途。
全文摘要
本發明涉及一種硬質合金，其具有在基於Co和/或Ni的分布良好的粘結相中硬質組分的均勻且緻密的微觀結構，根據ISO 4505其孔隙度為A00-B00。所述硬質合金的納米孔隙度為小於2.5孔/1000μm2，尺寸為0.5-1μm。通過使用比表面積為3至8m2/g的海綿狀粘結相粉末而製備所述硬質合金，所述海綿狀顆粒的粒度為1至5μm。
文檔編號C22C29/08GK102439181SQ201080017545
公開日2012年5月2日 申請日期2010年4月26日 優先權日2009年4月27日
發明者斯特凡·埃德呂德 申請人:山特維克智慧財產權股份有限公司