金属陶瓷、金属陶瓷的制备方法以及切削工具技术

一种金属陶瓷，包括：包含Ti的硬质相颗粒；和包含Ni和Co中的至少一者的结合相，并且70％以上(数量)的所述硬质相颗粒具有含芯结构，该含芯结构包括芯部和围绕所述芯部的外周部。芯部主要由Ti碳化物、Ti氮化物和Ti碳氮化物中的至少一种构成，并且外周部主要由包含Ti以及选自W、Mo、Ta、Nb和Cr中的至少一种的Ti复合化合物构成。芯部的平均粒径为α，外周部的平均粒径为β，且α和β满足1.1≤β/α≤1.7。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属陶瓷、金属陶瓷的制备方法以及切削工具
本专利技术涉及金属陶瓷、金属陶瓷的制备方法以及包含所述金属陶瓷的切削工具，其中该金属陶瓷包含至少具有Ti的硬质相颗粒以及包含Ni和Co中的至少一者的结合相。
技术介绍
切削工具的主体(基材)中利用了称为金属陶瓷的硬质材料。金属陶瓷是其中硬质相颗粒被铁族金属结合相结合在一起的烧结体，并且金属陶瓷为其中诸如碳化钛(TiC)、氮化钛(TiN)或碳氮化钛(TiCN)之类的Ti化合物被用作硬质相颗粒的硬质材料。与其中碳化钨(WC)用于主要硬质相颗粒中的烧结硬质合金相比，金属陶瓷具有如下优点，如：[1]降低了稀缺资源钨的用量，[2]具有高耐磨性，[3]在钢切削中可获得精细加工表面，和[4]重量轻。另一方面，金属陶瓷存在的问题在于：其强度和韧性低于烧结硬质合金，容易受到热冲击，因此其加工应用受到限制。一些金属陶瓷中的硬质相颗粒具有由芯部和围绕该芯部的外周部构成的含芯结构。该芯部富含TiC或TiCN，并且外周部富含Ti复合化合物，该Ti复合化合物包含Ti和另一种金属(如在日本使用的元素周期表中的IV族、V族和/或VI族元素)。外周部改善了硬质相颗粒和结合相之间的润湿性，赋予了金属陶瓷以良好的可烧结性，并由此有助于改善金属陶瓷的强度和韧性。本领域技术人员试图(例如)通过控制这种含芯结构的组成来进一步改善金属陶瓷的强度和韧性(例如，参见专利文献1至专利文献4)。引用列表专利文献专利文献1：日本未审查的专利申请公开No.06-172913专利文献2：日本未审查的专利申请公开No.2007-111786专利文献3：日本未审查的专利申请公开No.2009-19276专利文献4：日本未审查的专利申请公开No.2010-31308
技术实现思路
技术问题尽管一些现有金属陶瓷的强度和韧性得以改善，然而对于某些应用来说，它们可能不具有足够高的强度和韧性。尤其是，当将包含现有的金属陶瓷的切削工具用于100m/min以上的切削速度下的切削时或用于断续切削时，热倾向于积聚在切削工具的切削刃及其附近，这往往会导致后刀面磨损、前刀面磨损(月牙洼磨损)、热龟裂和由此导致的断裂。鉴于上述情况，本专利技术的目的在于提供一种金属陶瓷及其制备方法，该金属陶瓷能够构成耐热性切削工具。本专利技术的另一目的在于提供一种耐热性切削工具。解决问题的方案切削期间热倾向于积聚在现有切削工具的切削刃及其附近的原因可能是由于切削刃的热量不能通过切削工具的内部耗散。因此，本专利技术人研究了金属陶瓷的热性能，发现由于具有含芯结构的硬质相颗粒的外周部中的Ti复合化合物具有固溶体结构，因此，外周部的导热率低于由TiC或TiN构成的芯部的导热率。虽然外周部有助于改善金属陶瓷的可烧结性，但是据发现，金属陶瓷中过量的外周部显著降低了金属陶瓷的导热率，从而降低了金属陶瓷的耐热性。基于这些发现，根据本专利技术的一个方面的金属陶瓷和根据本专利技术的一个方面的金属陶瓷的制备方法如下所述。根据本专利技术的一个方面的金属陶瓷是这样的一种金属陶瓷，其包括：包含Ti的硬质相颗粒；和包含Ni和Co中的至少一者的结合相，并且70％以上(个数)的硬质相颗粒具有含芯结构，所述含芯结构包括芯部和围绕所述芯部的外周部。具有含芯结构的硬质相颗粒的芯部主要由Ti碳化物、Ti氮化物和Ti碳氮化物中的至少一种构成。具有含芯结构的硬质相颗粒的外周部主要由包含Ti以及选自W、Mo、Ta、Nb和Cr中的至少一种的Ti复合化合物构成。在根据本专利技术的一个方面的金属陶瓷中，所述芯部的平均粒径为α，所述外周部的平均粒径为β，并且α和β满足1.1≤β/α≤1.7。如下所述，根据本专利技术的一个方面的制造金属陶瓷的方法包括准备步骤、混合步骤、成形步骤和烧结步骤。·准备步骤：准备如下粉末：第一硬质相原料粉末，其包含Ti碳化物、Ti氮化物和Ti碳氮化物中的至少一种；第二硬质相原料粉末，其包含选自W、Mo、Ta、Nb和Cr中的至少一种；和结合相原料粉末，其包含Co和Ni中的至少一者。·混合步骤：在磨碎机中将第一硬质相原料粉末、第二硬质相原料粉末和结合相原料粉末混合。在该混合步骤中，磨碎机的周速为100m/min至400m/min，并且混合时间在0.1小时至5小时的范围内。·成形步骤：将在混合步骤中制备的混合原料成形。·烧结步骤：将在成形步骤中制备的成形体烧结。本专利技术的有益效果根据本专利技术的金属陶瓷具有高的耐热性。根据本专利技术的耐热性金属陶瓷能够通过根据本专利技术的金属陶瓷的制备方法来制备。附图简要说明[图1]图1是根据本专利技术实施方案的金属陶瓷的扫描电子显微镜照片。具体实施方式[本专利技术实施方案的描述]首先，以下将描述本专利技术的实施方案。<1>根据本专利技术的实施方案的金属陶瓷是这样的一种金属陶瓷，其包括：包含Ti的硬质相颗粒；和包含Ni和Co中的至少一者的结合相，并且70％以上(个数)的硬质相颗粒具有含芯结构，所述含芯结构包括芯部和围绕芯部的外周部。具有含芯结构的硬质相颗粒的芯部主要由Ti碳化物、Ti氮化物和Ti碳氮化物中的至少一种构成。具有含芯结构的硬质相颗粒的外周部主要由包含Ti以及选自W、Mo、Ta、Nb和Cr中的至少一种的Ti复合化合物构成。所述芯部的平均粒径为α，所述外周部的平均粒径(即，具有含芯结构的硬质相颗粒的平均粒径)为β，且α和β满足1.1≤β/α≤1.7。具有满足上式的含芯结构的硬质相颗粒的导热率低的外周部薄，且该硬质相颗粒具有高导热率。因此，包含具有这种含芯结构的硬质相颗粒的金属陶瓷具有比现有金属陶瓷更高的导热率，所保留的热量更少，并且受到的热损伤更少。<<硬质相颗粒>>具有含芯结构的硬质相颗粒占全部硬质相颗粒的70％以上。不具有含芯结构的硬质相颗粒为几乎不具有外周部的硬质相颗粒，即，为Ti碳化物颗粒、Ti氮化物颗粒或Ti碳氮化物颗粒。具有含芯结构的硬质相颗粒优选占全部硬质相颗粒的90％以上，从而保持金属陶瓷的可烧结性。具有含芯结构的硬质相颗粒的芯部主要由Ti碳化物、Ti氮化物和Ti碳氮化物中的至少一种构成。即，芯部基本上由Ti化合物构成。因此，芯部的Ti含量为50质量％以上。具有含芯结构的硬质相颗粒的外周部主要由Ti复合化合物(＝包含Ti以及选自W、Mo、Ta、Nb和Cr中的至少一种的化合物)构成。即，外周部基本上由Ti复合化合物构成。因此，外周部的W、Mo、Ta、Nb和Cr的含量为50质量％以上。在本说明书中，芯部的平均粒径α(μm)和外周部的平均粒径β(μm)是在金属陶瓷的截面的图像分析中，截面图像中的水平方向的费雷特(Feret’s)直径和垂直方向的费雷特直径的平均值。更具体地说，关于截面图像中的至少200个具有含芯结构的硬质相颗粒，测定水平方向的费雷特直径和垂直方向的费雷特直径。对硬质相颗粒的费雷特直径的平均值进行求和，并将该总和除以测量的颗粒数目。当以这种方式计算出的β/α在1.1至1.7的范围内时，外周部的厚度足以提高硬质相颗粒和结合相之间的可润湿性，但并没有厚到能够显著降低硬质相颗粒的导热率。β/α优选在1.3至1.5的范围内。外周部的平均粒径β与具有含芯结构的硬质相颗粒的平均粒径相同。<<结合相>>结合相包含Ni和Co中的至少一者，并且结合相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属陶瓷，包括：包含Ti的硬质相颗粒；和包含Ni和Co中的至少一者的结合相，其中70％以上的所述硬质相颗粒具有含芯结构，该含芯结构包括芯部和围绕所述芯部的外周部，所述芯部主要由Ti碳化物、Ti氮化物和Ti碳氮化物中的至少一种构成，所述外周部主要由包含Ti以及选自W、Mo、Ta、Nb和Cr中的至少一种的Ti复合化合物构成，所述芯部的平均粒径为α，所述外周部的平均粒径为β，并且α和β满足1.1≤β/α≤1.7。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.10 JP 2014-0814581.一种金属陶瓷，包括：包含Ti的硬质相颗粒；和包含Ni和Co中的至少一者的结合相，其中以个数计70％以上的所述硬质相颗粒具有含芯结构，该含芯结构包括芯部和围绕所述芯部的外周部，所述芯部主要由Ti碳化物、Ti氮化物和Ti碳氮化物中的至少一种构成，所述外周部主要由包含Ti以及选自W、Mo、Ta、Nb和Cr中的至少一种的Ti复合化合物构成，所述芯部的平均粒径为α，所述外周部的平均粒径为β，并且α和β满足1.1≤β/α≤1.7，所述金属陶瓷的导热率为20W/mK以上。2.根据权利要求1所述的金属陶瓷，其中所述金属陶瓷中的所述硬质相颗粒的平均粒径为1.0μm以下。3.根据权利要求1或2所述的金属陶瓷，其中所述金属陶瓷具有含量在50质量％至70质量％范围内的Ti，含量在15质量％至30质量％范围内的W、Mo、Ta、...

【专利技术属性】
技术研发人员：山西贵翔，道内真人，津田圭一，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP