切削装置用碳化物材料及相关制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种切削装置用碳化物材料及相关制造方法。具体地，提供了一种碳化物材料(34)，其包含60至85重量％的碳化钨、10至25重量％的钛碳化物，优选0.5至20重量％的含Fe的金属基体以及任选金属Co或Ni中的至少一种或两种。还提供了一种包括含铁基材和这样的碳化物材料的装置，以及制造该装置的方法，所述方法包括混合包含碳、钨和清除剂材料如钛的粉末，邻近含铁基材(10)放置混合的粉末，将能量源(31)撞击到粉末状材料上以产生由粉末和基材的材料形成的熔池(32)，并使熔池凝固成以形成基本不含(W，Fe)

【技术实现步骤摘要】
切削装置用碳化物材料及相关制造方法
本专利技术涉及一种用于沉积在含铁基物(base)上的碳化物材料及这样的碳化物材料的制造方法。
技术介绍
对于用作涂层的碳化物材料，通常希望获得高的硬度值，并且一种常见的材料是钴或镍的金属基体中的碳化钨，因为即使在高温和高冲击条件下，它也能提供最佳的硬度和韧性。可以使用增材制造工艺来沉积碳化物材料，在该工艺中，粉末或线材材料会被高能量集中的热源(如激光或电子束)熔化或烧结。使用增材制造技术将碳化钨沉积到含铁基物上的已知问题是形成高脆性的铁-钨碳化物(W，Fe)6C和(W，Fe)12C，它增加材料的脆性。因此，迄今为止，通过增材制造方法将碳化钨沉积到含铁基物上可获得的材料韧性一直受到限制。这阻碍了增材制造方法用于在含铁基物上生产碳化钨沉积物，所述碳化钨沉积物可在高冲击条件下运行，例如在金属切削工具或旋转刀片边缘中。为了增加硬度而对材料组成进行的调整可引起其他问题，特别是增加材料的脆性并因此增加断裂率。因此，迄今为止，在仍提供适合切削的材料时，碳化钨材料可获得的硬度一直是有限的。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种碳化物材料，其包含60至85重量％的碳化钨，10至25重量％的钛碳化物。碳化物材料可以进一步包含0.5至20重量％的含有铁的金属基体。金属基体可以在4.5至20重量％的范围内，特别是在将另一金属例如Co或Ni中的至少一种纳入金属基体中的情况下。因此，金属基体可优选包含Fe，以及金属Co或Ni中的至少一种或两种。对于优选的组合物，金属基体可优选包含Co和Fe。钛碳化物可以仅由TiC组成，或可以包含TiC和(Ti，W)C的组合，即碳化钛和钛钨碳化物。碳化物材料可进一步包含0.5至8重量％范围内的附加化合物，所述附加化合物为TaC、VC、NbC、HfC、ZrC、Cr3C2和Cr7C3中的一种或多种。这些附加化合物改善了材料中晶粒的性能。添加钽是特别优选的，因为它有助于消除材料从熔化状态凝固过程中的裂纹。优选地，材料内的球形碳化物例如(Ti，W)C和WC具有直径为1至5μm的晶粒尺寸。根据本专利技术的另一方面，提供了一种装置，该装置包含含铁基材，例如钢基材，以及形成在该基材的至少一部分上的如上所述的碳化物材料。该装置可以是任何包含含铁基材的装置，其需要添加碳化物材料作为层或边缘，例如切削装置如线性边缘刀片、圆形刀片、锯、钻、钻头或任何包含钢基材的工具或机器，例如车床和铣床、以及医疗器械、医疗植入物、涡轮叶片、发动机零件、电子部件,其中在所述钢基材上设置有用于切削目的的碳化物材料。碳化物材料优选地形成在含铁基材的上表面上并且可以沿着含铁基材的边缘形成。根据本专利技术的另一方面，提供了一种制造装置尤其是切削装置的方法，该方法包括将包含碳和钨(作为单独元素、碳化钨或它们的混合物)以及清除剂材料的粉末进行混合，并邻近含铁基材放置混合的粉末，将能量源撞击到粉末状材料上以产生由粉末和基材的材料形成的熔池，并使熔池凝固以形成碳化物材料，所述碳化物材料基本不含(W，Fe)6C和(W，Fe)12C类型铁钨碳化物，优选含不大于0.01％(W，Fe)6C和(W，Fe)12C类型铁钨碳化物，更优选含不大于0.001％(W，Fe)6C和(W，Fe)12C类型的铁钨碳化物，与含铁基材或钢基材中的与碳反应的铁相比，清除剂材料优先与含铁基材或钢基材中的碳反应。这防止形成脆性的铁钨碳化物，因为没有游离碳可用于形成这些有害的碳化物，因为在熔池中，清除剂材料先于铁与碳发生反应。因此，凝固的材料基本上没有铁钨碳化物例如(W，Fe)6C和(W，Fe)12C的脆性碳化物，并具有改善的韧性。清除剂材料优选为钛，占凝固的碳化物材料的10至25重量％。粉末优选包含金属Co或Ni的至少一种或混合物，无论是以纯金属还是化合物形式提供。所述粉末可进一步包含作为单质粉末或化合物的一种或多种材料，例如Ta、V、Nb、Hf、Zr和Cr。这些起到细化材料中晶粒的作用。钽是特别优选的，因为它在熔池凝固时在熔池内消除了裂纹的形成，从而进一步改善了所形成的碳化物材料的结构。期望在1500至3000℃的温度下形成熔池。能量源可产生300W至2kW的功率，且通常为激光器，例如1kW连续波光纤激光器，而激光束会照射到基材上。该方法可以进一步包括相对于能量源移动含铁基材，优选地以0.01m/min-6m/min之间的横移(traverse)速度，并且更优选地以1m/min至4m/min之间的横移速度。附图说明现在将参考附图，通过举例的方式描述本专利技术。图1是示意性侧视图，显示了制造切削装置的方法；图2是碳化物材料的显微组织的显微照片；和图3是放大的显微照片，示出了碳化物材料的一部分的精细细节。具体实施方式图1示出了在装置如钢带材10上形成碳化物材料的方法，该钢带材可用作工具如带锯、弓锯、竖锯、孔锯中的刀片。如果需要，带材10可以形成有齿。带材10相对于工作站12移动以允许沿着带材10的上边缘14形成碳化物材料。工作站12包括用于提供粉末形式材料的料斗20、20'和高功率能量源22，该高功率能量源22通常为在800W下工作的最大功率为1kW的连续波光纤激光器，尽管高功率能量源22可以施加300W至2kW的功率范围。一个或多个计算装置24控制带材10相对于工作站12和料斗20、20'的移动，来自料斗20、20'的材料供应以及能量源22的输出。通常，带材10以2m/min的基材横移速度移动，尽管横移速度可以在0.01m/min和6m/min之间变化。可存在适于使工作站12充当3-D打印机的计算机可执行指令，该指令在计算机可读介质中，该计算机可读介质在装置24内或可从装置24移除。如将意识到的，可以使用一个或多个料斗。料斗20、20'将粉末30投射到边缘14上，并且入射激光束31形成热熔池32，在该熔池中熔化粉末和基材。熔化成分在1500℃至3000℃的温度下反应，并且当钢带材10相对于工作站12移动时，熔池32冷却以形成固体碳化物材料34。如果需要，碳化物材料可以类似的方式沉积在钻头、旋转刀片或任何需要具有碳化物表面的装置中，例如涡轮机叶片、发动机部件、医疗装置和电子部件。该方法包括在金属基体(Fe，以及任选地Co和/或Ni)存在下形成碳化物，该碳化物是碳化钨和钛碳化物，以及任选的TaC、VC、NbC、Cr3C2、Cr7C3、ZrC和HfC中的一种或多种。碳化物是通过碳的单质粉末与W、Ti的单质粉末反应而生成的。固体碳化物材料34包含60至85重量％的碳化钨，10至25重量％的钛碳化物和4.5至20重量％的金属基体，该金属基体包含Fe以及金属Co或Ni中的至少一种或两种，并且通常还包含0.5至8％的用于晶粒细化的添加剂，即TaC、VC、NbC、Cr3C2、Cr7C3、ZrC、HfC中的一种或多种。使用从料斗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化物材料，包含60至85重量％的碳化钨、10至25重量％的钛碳化物。/n

【技术特征摘要】
20190612 GB 1908423.51.一种碳化物材料，包含60至85重量％的碳化钨、10至25重量％的钛碳化物。


2.根据权利要求1所述的碳化物材料，还包括0.5至20重量％的含Fe的金属基体。


3.根据权利要求2所述的碳化物材料，其中所述金属基体在4.5至20重量％的范围内。


4.根据权利要求2或3所述的碳化物材料，其中所述金属基体还包含金属Co或Ni中的至少一种或两种。


5.根据权利要求2或3所述的碳化物材料，其中所述金属基体包含Co和Fe。


6.根据前述权利要求中任一项所述的碳化物材料，还包含在0.5至8重量％的范围内的附加化合物，所述附加化合物是TaC、VC、NbC、HfC、ZrC、Cr3C2和Cr7C3中的一种或多种。


7.根据前述权利要求中任一项所述的碳化物材料，其中材料中的球形碳化物的晶粒尺寸为1-5微米。


8.一种装置，包括含铁基材和根据权利要求1至7中任一项所述的碳化物材料，其形成在所述含铁基材的至少一部分上。


9.一种制造装置的方法，所述方法包括混合包含碳、钨和清除剂材料的粉末，邻近含铁基材放置混合的粉末，将能量源撞击到粉末状材料上以产生由粉末和基材的材料形成的熔池，并使熔池凝固成以形成基本不含(W，Fe)6C和(W，Fe)12C类型的铁钨碳化物的碳化物材料。


10....

【专利技术属性】
技术研发人员：龚俊彦，A·克里斯安瑟尤，P·塞维森科，
申请(专利权)人：C四有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB