具有增韌結構的硬質金屬制造技術

本發明專利技術公開了一種具有增韌結構的硬質金屬，其包含碳化鎢、另一存在立方晶體結構的金屬碳化物相和一粘合劑金屬相。本發明專利技術還涉及一種制備該硬質金屬的方法及該硬質金屬在工具和磨損件的制造中的應用。本發明專利技術還涉及一種由該硬質金屬制成的部件。該硬質金屬具有優異的硬度，改善的斷裂韌性，以及低導熱性。以及低導熱性。以及低導熱性。

【技術實現步驟摘要】
具有增韌結構的硬質金屬
[0001]本專利申請是申請日為2019年09月20日、申請號為201980065576.7公開號為CN112840050A，專利技術名稱為“具有增韌結構的硬質金屬”的專利技術專利申請的分案申請。該專利技術專利申請通過PCT途徑進入中國，其國際申請號為PCT/EP2019/075352，國際公布號為WO2020074241A，其要求EP專利局的EP18200028.1申請日2018年10月12日為優先權日。


[0002]本專利技術涉及一種納米級或超細硬質金屬，其包含碳化鎢、另一存在立方晶體結構的金屬碳化物相和一粘合劑金屬相，其制備方法及其在工具和磨損件的制造中的應用。本專利技術還涉及一種由所述的硬質金屬制成的部件。

技術介紹

[0003]硬質金屬是金屬基質復合材料，其中以小顆粒形式存在的硬質材料通過金屬制成的基質固定在一起。硬質金屬主要用于需要具有高耐磨性和硬度以及高強度的材料的應用中。例如，硬質金屬被用作工具(例如車床，鉆頭和銑削工具)的切削材料以及用作耐磨材料的基體，例如用于成型或沖孔的工具。然而，常規的硬質金屬的缺點是它們的斷裂韌性非常低，這極大地限制了它們的適用性。通常，通過增加粘合劑金屬的含量可提高斷裂韌性，但是這導致其硬度降低。理想地，由硬質金屬制成的工具應同時具有較高的硬度和較高的斷裂韌性。
[0004]US 5,593,474描述了一種由復合材料制成的燒結制品，該復合材料具有第一金屬碳化物的多個區域和第二金屬碳化物的多個區域，其中，所述第一金屬碳化物的粒徑大于所述第二金屬碳化物的粒徑。
[0005]DE 10 2004 051 288解決了提供具有改善的硬度和恒定韌性的多晶硬質材料粉末的問題。該問題通過一種多晶硬質材料粉末來解決，所述多晶硬質材料粉末由多晶硬質材料晶粒組成，該晶粒由第四、第五和第六副族的過渡金屬的碳化物、氮化物和/或碳氮化物的晶體組成。
[0006]WO 2017/186468涉及一種硬質金屬，其包括硬質材料顆粒相和不均勻分布的粘結劑金屬相，其中，所述硬質材料顆粒的平均粒度在1nm至1000nm的范圍內，并且所述不均勻分布的粘結劑金屬在硬質金屬中以粘結劑島的形態存在，其平均尺寸為0.1μm至10μm，并且粘結劑島之間的平均距離為1至7μm。
[0007]EP 1 526 189描述了一種硬質金屬，其包括碳化鎢(WC)、基于鈷(Co)、鎳(Ni)或鐵(Fe)的粘結劑相和平均粒徑小于1μm的γ相。所述γ相是由(Me，W)C形式的預合成混合碳化物制得的。
[0008]CN 103540823描述了一種硬質金屬組合物，其包含40至50重量％的WC、5至10重量％的碳化釩、3至8重量％的碳化鉻、5至9重量％的碳化鈦、6至11重量％碳化鉭、2至5重量％的碳化鈮和12至18重量％的鈷。WC的粒度在0.1至0.8μm的范圍內。
[0009]EP 1 557 230涉及一種硬質金屬體，其具有10至12重量％的鈷、小于3重量％的碳
化鉭、1至5.5重量％的碳化鈮和3至5重量％的碳化鈦，其余為碳化鎢(WC)。所述WC的粒度為0.4至1.5μm，特別為0.8至1.5μm。
[0010]US 4,698,266公開了一種切削工具，其具有不高于70重量％的碳化鎢(WC)和5
?
10重量％的鈷粘合劑相，該組合物的其余部分由選自碳化鈦(TiC)、碳化鉭(TaC)、碳化鈮(NbC)、碳化鉿(HfC)及其混合物的金屬碳化物形成。所述WC的平均粒度為0.9至1.3μm。
[0011]即使在現有技術中已經提供了一些解決方案的方法，但仍然缺乏用于具有高硬度和耐磨性以及高斷裂韌性的硬質金屬的商業解決方案。

技術實現思路

[0012]因此，本專利技術的目的是提供一種硬質金屬，其具有硬度和斷裂韌性的改善組合，并且優選以簡單的種類和方式得到。
[0013]令人驚訝地發現是，該目的通過提供基于碳化鎢的納米級或超細硬質金屬來實現，其還具有在室溫下以立方晶體結構存在的金屬碳化物相。
[0014]因此，本專利技術的第一目的是一種硬質金屬，其包括
[0015]a)平均粒度為0.05到0.5μm的碳化鎢相，
[0016]b)另一金屬碳化物相和
[0017]c)粘結劑金屬相，
[0018]其中，所述另一金屬碳化物相在室溫下以立方晶體結構存在，并且其中，所述另一金屬碳化物相在所述硬質金屬中的占比參照硬質金屬的總體積為至少4體積％，并且其中，所述的平均粒度根據ISO 4499
?
2的截線法確定。
[0019]從體積百分比到重量百分比的轉換或從重量百分比到體積百分比的轉換根據以下公式進行：
[0020][0021][0022]其中，m
i
表示質量分數，v
i
表示體積分數，ρ
i
表示各組分的密度。
[0023]根據本專利技術的硬質金屬為納米級或超細硬質金屬，其分類根據ISO 4499
?
2。
[0024]在本專利技術的范圍中，硬質金屬描述了一種燒結的復合材料。在室溫下，本專利技術的范圍中為25℃，所述另一金屬碳化物相以立方晶體結構存在，其在下文中等同地稱為立方金屬碳化物。
[0025]根據本專利技術的硬質金屬具有高硬度和高斷裂韌性。在常規的硬質金屬中出現的問題是，斷裂韌性隨著硬質金屬的硬度的增加而降低，即，材料變脆和易裂，這在根據本專利技術的硬質金屬的情況下未觀察到。不受特定理論的束縛，根據本專利技術的硬質金屬的積極特性特別歸因于碳化鎢的小粒度和立方金屬碳化物相的存在的結合。因此，根據本專利技術的硬質金屬中使用的碳化鎢具有0.05至0.5μm，優選0.05至0.23μm，特別優選0.05至0.09μm的平均粒度，其根據ISO 4499
?
2的截線法測定。
[0026]在另一優選的實施方案中，在室溫下以立方晶體結構存在的所述金屬碳化物相選
自碳化鈦、碳化鉭、碳化鈮、碳化鉿、碳化鋯、其混合物和這些化合物的混合碳化物。
[0027]根據本專利技術的硬質金屬中使用的金屬碳化物相的平均粒度為0.3至4.0μm，優選0.5至1.5μm，其根據ISO 4499
?
2的截線法確定。
[0028]令人驚奇地發現是，如果根據本專利技術的硬質金屬中的金屬碳化物相均勻分布，則可獲得特別有利的硬度和斷裂韌性情況。因此，優選一實施方式，其中在所述硬質金屬中含有的金屬碳化物相以平均距離為0.5至10μm，優選為1至3μm規則重復分布。所述平均距離可使用電子顯微鏡在顯微照片上通過線性分析(截線法)來確定，并且為從顆粒中心到顆粒中心的距離。不受特定理論的束縛，根據本專利技術的硬質金屬中的金屬碳化物相的特別均勻的分布特別歸因于使用具有上述粒度的碳化鎢粉末。
[0029]現已證實有利的是，用于所述碳化鎢和所述立方金屬碳化物的原料是具有確定的粒度的粉末，其中，在本專利技術的范圍中將未燒結的粉末稱為所述的原料。因此本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種硬質金屬，其特征在于，包括a)平均粒度為0.05到0.5μm，優選0.05至0.23μm，特別優選0.05至0.2μm的碳化鎢相，b)另一金屬碳化物相和c)粘結劑金屬相，其中，所述另一金屬碳化物相在室溫下以立方晶體結構存在，并且其中，所述另一金屬碳化物相在所述硬質金屬中的占比參照硬質金屬的總體積為至少4體積％，并且其中，所述的平均粒度根據ISO 4499
?
2的截線法確定。2.根據權利要求1所述的硬質金屬，其特征在于，所述金屬碳化物相選自碳化鈦(TiC)、碳化鉭(TaC)、碳化鈮(NbC)、碳化鉿(HfC)、碳化鋯、其混合物和這些化合物彼此的混合碳化物。3.根據權利要求1或2所述的硬質金屬，其特征在于，所述另一金屬碳化物相的平均粒度為0.3至4.0μm，優選0.5至1.5μm，所述平均粒度根據ISO 4499
?
2的截線法確定。4.根據前述權利要求中至少一項所述的硬質金屬，其特征在于，所述硬質金屬中含有的金屬碳化物相以平均距離為0.5至10μm，優選為1至3μm規則重復分布，所述平均距離通過電子顯微鏡在顯微照片上通過線性分析(截線法)來確定。5.根據前述權利要求中至少一項所述的硬質金屬，其特征在于，作為原料的碳化鎢粉末的平均粒度d
BET
為0.05至0.30μm，優選為0.05至0.25μm，特別優選為0.05至0.2μm，所述平均粒度d
BET
根據BET表面積確定，并根據公式d
BET
＝6/(BET表面積*密度)換算。6.根據前述權利要求中至少一項所述的硬質金屬，其特征在于，作為原料的金屬碳化物粉末的平均粒度d
BET
為0.3至5μm，特別優選0.4至1μm，所述平均粒度d
BET
...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蒂諾，
申請(專利權)人：HC施塔克鎢業股份有限公司，
類型：發明
國別省市：