含有代用粘结剂的硬质合金制造技术

本发明专利技术涉及一种含有代用粘结剂的硬质合金。具体地，本发明专利技术涉及一种包括硬质合金基体的切割工具，所述基体包含WC、γ相以及粘结相，所述基体具有γ相贫化的粘结相富集的表面区域，其中在微观结构中不存在石墨和η相并且其中所述粘结相是高熵合金。中所述粘结相是高熵合金。

【技术实现步骤摘要】
含有代用粘结剂的硬质合金
[0001]本申请是申请日为2017年2月28日，申请号为201780006719.8，专利技术名称为“含有代用粘结剂的硬质合金”的中国专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及一种含有代用粘结剂的硬质合金。具体地，本专利技术涉及一种切割工具和一种制造切割工具的方法，所述切割工具包括硬质合金基体，其中粘结相是高熵合金。

技术介绍

[0003]自四十年代以来，具有钴粘结剂的基于WC的硬质合金一直是本领域已知的。被称为硬质合金中的粘结剂金属的其它金属是铁和镍，然而，钴是最常用的。
[0004]由于钴的环境和健康影响，因此正在努力寻找钴的替代物。然而，替换钴或限制钴的量而不以负面方式影响材料特性是不容易的。对于切割工具，基体特性对工具的总体性能是重要的，并且即使是小的组成变化也可对性能产生不利的影响。
[0005]用于切割工具中的一种类型的基体是梯度烧结基体。这意味着它们包括γ相贫化的粘结剂富集的表面区域，而本体含有γ相。当替换这种基体的粘结相时，梯度区不会以与在Co是粘结相时的情况下相同的可预测的方式形成。在一些情况下，不形成表面区域，并且在其它情况下，表面区域变得过大。
[0006]因此，本专利技术的目的是实现含有代用粘结相的具有γ相贫化的粘结剂富集表面区域的硬质合金。
[0007]本专利技术的目的还在于能够使用常规的原料制造含有代用粘结相的硬质合金，即不被迫使用超纯原料，即使用用于形成高熵合金的元素的碳化物或金属粉末。
专利技术内容
[0008]本专利技术涉及一种切割工具，所述切割工具包含硬质合金基体，其中所述基体包含WC、γ相以及粘结相。所述基体具有γ相贫化的粘结相富集的表面区域，其中在所述基体的微观结构中不存在石墨和η相。此外，所述粘结相是高熵合金。
[0009]高熵合金(HEA)是包含至少4种金属元素的合金，其中每种元素的量是5原子％至35原子％，即没有元素占主导地位。
[0010]在本专利技术的一个实施方式中，所述高熵合金的元素中的至少一种选自Cr、Fe、Ni以及Co。
[0011]在本专利技术的另一个实施方式中，所述高熵合金的元素中的至少两种选自Cr、Fe、Ni以及Co。
[0012]在本专利技术的一个实施方式中，所述高熵合金中的元素选自W、Co、Cr、Cu、Fe、Ni、Ti、Al、V、Zr、Mo以及Mn，优选地选自Co、Cr、Cu、W、Fe、Ni、Mo以及Mn。
[0013]在本专利技术的一个实施方式中，所述高熵合金包含Co、Cr、Fe以及Ni。
[0014]在本专利技术的一个实施方式中，所述高熵合金包含Co、Cr、Cu、Fe以及Ni。
[0015]在本专利技术的一个实施方式中，粘结相的平均量适当地是整个烧结刀片的3原子％至30原子％，优选地4原子％至25原子％。
[0016]对于现有技术材料，描述粘结相(即通常是钴)的量的最常见的方式是按重量计。然而，由于如上文所述的高熵合金中的元素具有大的摩尔重量变化，因此难以给出重量分数。因此，当替换Co时高熵合金粘结相的合适的量可以通过针对粘结相的原子分数而不是重量分数的相应量来确定。
[0017]在一些情况下，所述高熵合金粘结相可以含有更少量或更大量的将在烧结期间溶解到粘结相中的其它元素。这些元素的确切量是由具体元素在具体高熵合金中的溶解度决定的。这些元素的实例是氧、碳以及氮，它们源自于其它原料。
[0018]硬质合金包含大量的WC并且钨也将溶解到粘结相中。溶解到粘结相中的钨的确切量取决于钨在具体高熵合金中的溶解度。在一些情况下，粘结剂上钨的量将超过粘结剂的5原子％，即钨将是构成高熵合金的至少4种元素之一，并且在一些情况下，粘结相中钨的量将显著更少。
[0019]作为立方碳化物和碳氮化物的固溶体的γ相是在烧结期间由立方碳化物或碳氮化物和WC形成的并且可以被描述为(W,M)C或(W,M)(C,N)，其中M是Ti、Ta、Nb、Hf、Zr以及V中的一种或多种。
[0020]根据选用于高熵合金的具体元素，γ相还可以含有高熵合金元素中的一种或多种，这取决于它在γ相中的溶解度。
[0021]表面区域是γ相贫化的，并且这意味着不存在γ相或仅存在痕量的γ相。
[0022]在本体(即表面区域以外的区域)中，γ相的量适当地是3体积％至25体积％，优选地是5体积％至15体积％。这可以通过不同的方式来测量，但是一种方式是对基体的横截面的光学显微镜图像或扫描电子显微镜(SEM)显微照片进行图像分析以计算γ相的平均分数。
[0023]γ相贫化的粘结相富集的表面区域的厚度适当地是2μm至100μm，优选地是3μm至70μm，更优选地是8μm至35μm。所述厚度是通过在基体的横截面的SEM图像或LOM图像上测量来确定的。应当在其中基体表面相当平坦，即不接近刀刃或刀尖等的区域中进行那些测量以得到真实值。表面区域与本体之间的边界是通过γ相的不存在/存在来确定，当在SEM图像或LOM图像中观察基体的横截面时，这通常是非常明显的。
[0024]粘结相富集是烧结过程的结果，并且意指表面区域中的粘结相含量高于本体中的粘结相含量。优选的是，表面区域中的粘结相含量是本体中的粘结相含量的1.2倍
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2.0倍。对表面区域中的粘结相含量的测量优选地在表面区域的中心处进行，这在本文意指与表面相距表面区域的总厚度的约50％的深度处。
[0025]为了实现立方相贫化的表面区域，必须具有一定的碳含量以使得在微观结构中不存在石墨和η相。η相在本文意指M6C和M
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C，其中M选自粘结相金属中的一种或多种和W。
[0026]本领域公知的是，过量的碳将导致微观结构中的石墨析出物，而碳的短缺将形成η相。其中可以避免石墨和η相这两者的范围通常是根据相图确定的。在其中钴是粘结剂金属的情况下，这些相图是公知的。
[0027]对于代用粘结相，如高熵合金，每种特定的粘结相组成的相图是不容易预测的，即其中不存在石墨和η相的碳含量的范围将根据粘结相的量和组成而变化。因此，本领域技术
人员能够找到每种具体的粘结相组成的最佳碳含量。
[0028]改变硬质合金中的碳含量的方法是本领域已知的。举例来说，如果期望碳增加，那么这可以通过添加碳黑来进行。或者，如果期望碳减少，那么通过添加W或W2C来进行。
[0029]在本专利技术的一个实施方式中，可以存在碳化物如M7C3和/或M3C2，其中M是W、Co、Cr、Cu、Fe、Ni、Ti、Al、V、Zr、Mo以及Mn中的一种或多种。
[0030]在本专利技术的一个实施方式中，硬质合金基体具有涂层。
[0031]在本专利技术的一个实施方式中，硬质合金基体具有耐磨的CVD(化学气相沉积)或PVD(物理气相沉积)涂层。
[0032]在本专利技术的一个实施方式中，硬质合金基体具有耐磨的PVD涂层，其适当地是选自Al、Si以及周期表中第4族、第5族和第6族元素中的一种或多种的氮化物、氧化物、碳化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包括硬质合金基体的切割工具，其中所述基体包含WC、γ相以及粘结相，所述γ相包含(W,M)C和/或(W,M)(C,N)，其中M是Ti、Ta、Nb、Hf、Zr和V中的一种或多种，所述基体具有粘结相富集的表面区域以使得所述表面区域中的粘结相含量是本体中的粘结相含量的1.2倍至2.0倍，其中所述表面区域是γ相贫化的并且其中所述表面区域的厚度是3μm至70μm，其中在所述基体的微观结构中不存在石墨和η相，并且其中所述粘结相是高熵合金，其中每种元素的量是所述高熵合金的总量的5原子％至35原子％。2.根据权利要求1所述的包括硬质合金基体的切割工具，其中M是Ti、Ta和Nb中的一种或多种。3.根据前述权利要求中的任一项所述的包括硬质合金基体的切割工具，其中所述高熵合金中的所述元素中的至少一种选自Cr、Fe、Ni以及Co。4.根据前述权利要求中的任一项所述的包括硬质合金基体的切割工具，其中所述高熵合金中的所述元素中的至少两种选自Cr、Fe、Ni以及Co。5.根据前述权利要求中的任一项所述的包括硬质合金基体的切割工具，其中所述高熵合金中的所述元素选自Co、Cr、Cu、W、Fe、Ni、Mo以及Mn。6.根据前述权利要求中的任一项所述的包括硬质合金基体的切割工具，其中所述高熵合金包含Co、Cr、Fe以及Ni。7.根据前述权利要求中的任一项所述的包括硬质合金基体的切割工具，其中所述高熵合金包...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏珊，
申请(专利权)人：山特维克知识产权股份有限公司，
类型：发明
国别省市：