[發(fā)明專利]超硬增強(qiáng)的硬質(zhì)金屬

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980106166.9
• 申請(qǐng)日: 2009-04-15
• 公開（公告）號(hào): CN101952468A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R·W·N·尼倫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 六號(hào)元素(產(chǎn)品)(控股)公司
• 主分類號(hào): C22C26/00
• 分類號(hào): C22C26/00;C22C29/02
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 李帆

引言

本發(fā)明涉及用超硬材料增強(qiáng)的硬質(zhì)金屬和它們的制造方法。

發(fā)明背景

硬質(zhì)金屬被理解為是包含通過金屬或金屬合金(典型地包括鈷、鐵或鎳)保持在一起的陶瓷材料(例如碳化鎢)顆粒的材料類型。鈷膠結(jié)的碳化鎢是常見的硬質(zhì)金屬類型。硬質(zhì)金屬?gòu)V泛用于機(jī)加工、切削、鉆削或破碎含硬材料或耐磨材料的工件或物體(body)，或者在使用中可遭受到磨蝕的部件。

超硬增強(qiáng)的硬質(zhì)金屬被理解為是指包含金剛石或其它超硬材料的顆粒以及硬材料的顆粒的復(fù)合材料，其中這些顆粒通過粘合劑、優(yōu)選金屬性粘合劑保持在一起。

美國(guó)專利5,453,105號(hào)公開了一種生產(chǎn)磨削產(chǎn)品的方法，該方法包括：提供金剛石顆粒和離散碳化物顆粒的混合物，所述金剛石顆粒比所述碳化物顆粒小并且在該混合物中以大于50體積％的量存在，以及在能夠?qū)⒃摶旌衔镎辰Y(jié)成硬聚結(jié)體的粘合劑存在下使該混合物經(jīng)受提高的溫度和壓力條件，在該條件下金剛石在晶體學(xué)上是穩(wěn)定的。

美國(guó)專利5,889,219號(hào)公開了通過直接電阻加熱和加壓燒結(jié)形成的復(fù)合元件，該復(fù)合元件含有：選自WC、TiC、TiN和Ti(C，N)的至少一種成分的硬材料，由鐵族金屬構(gòu)成的粘合劑材料，以及金剛石晶粒。

美國(guó)專利7,033,408號(hào)公開了一種生產(chǎn)磨削產(chǎn)品的方法，該方法包括：(1)提供離散碳化物顆粒物料和金剛石顆粒物料的混合物，所述金剛石顆粒在該混合物中的存在量使得磨削產(chǎn)品中的金剛石含量為25重量％或更小；和(2)在能夠?qū)⒃摶旌衔镎辰Y(jié)成粘著、燒結(jié)產(chǎn)品的粘結(jié)金屬或合金的存在下，使該混合物經(jīng)受提高的溫度和壓力條件，在該條件下金剛石在晶體學(xué)上是穩(wěn)定的并且基本上沒有石墨形成，從而產(chǎn)生磨削產(chǎn)品。

需要提供用金剛石或其它超硬顆粒增強(qiáng)的硬質(zhì)金屬，所述增強(qiáng)的硬質(zhì)金屬具有顯著增強(qiáng)的機(jī)械性能。還需要制造這樣的增強(qiáng)硬質(zhì)金屬的方法。

發(fā)明概述

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了包含顆粒狀硬材料和粘合劑材料以及至少一種構(gòu)造物(formation)的超硬增強(qiáng)的硬質(zhì)金屬，所述構(gòu)造物含有芯簇(core?cluster)和多個(gè)與該芯簇間隔開、圍繞且小于該芯簇的伴簇(satellite?cluster)，并且所述芯簇和伴簇各自含有多個(gè)鄰接的超硬顆粒。

術(shù)語(yǔ)“鄰接”意欲涵蓋粘結(jié)、交互生長(zhǎng)或簡(jiǎn)單接觸。

優(yōu)選地，超硬顆粒包括金剛石。

優(yōu)選地，各個(gè)伴簇的平均體積小于芯簇平均體積的約20％，更優(yōu)選地，各個(gè)伴簇的平均體積小于芯簇平均體積的約10％。

優(yōu)選地，各個(gè)伴簇所含超硬顆粒數(shù)目少于芯簇內(nèi)所含超硬顆粒數(shù)目的約20％，更優(yōu)選地，各個(gè)伴簇所含超硬顆粒數(shù)目少于芯簇內(nèi)所含超硬顆粒數(shù)目的約10％。

硬質(zhì)金屬被理解為是包含通過金屬或金屬合金(典型地包括鈷、鐵或鎳)(粘合劑材料)保持在一起的陶瓷材料(例如碳化鎢)顆粒的材料類型。鈷膠結(jié)的碳化鎢是優(yōu)選的硬質(zhì)金屬類型。

關(guān)于材料所用的術(shù)語(yǔ)“超硬”被理解為是指該材料具有至少30GPa的硬度。金剛石和立方氮化硼(cBN)是超硬材料的例子。

關(guān)于材料所用的術(shù)語(yǔ)“硬”被理解為是指該材料具有約15GPa至小于30GPa的硬度。碳化鎢和碳化鈦是硬材料的例子。

優(yōu)選地，芯簇包含多個(gè)超硬顆粒和硬材料顆粒。

在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，芯簇包含將含有粘合劑材料和少很多的超硬材料或基本上無(wú)超硬顆粒的區(qū)域包封的超硬顆粒和硬材料環(huán)套(collar)或殼體(shell)。優(yōu)選地，所述區(qū)域內(nèi)的粘合劑材料富含碳。術(shù)語(yǔ)“富含碳”是指比其余粘合劑中的平均值相對(duì)更多、但仍少于熱力學(xué)碳溶解度水平的碳。作為替代方案，芯簇可以含有直接粘結(jié)到超硬顆粒和硬材料環(huán)套或殼體的超硬顆粒。

優(yōu)選地，硬材料包含金屬碳化物、金屬氧化物或金屬氮化物，低氧化硼或碳化硼，更優(yōu)選地，包含金屬碳化物和甚至更優(yōu)選地選自WC、TiC、VC、Cr₃C₂、Cr₇C₃、ZrC、Mo₂C、HfC、NbC、Nb₂C、TaC、Ta₂C、W₂C、SiC和Al₄C₃。最優(yōu)選地，存在WC或TiC作為硬材料。

根據(jù)本發(fā)明，提供了一種超硬增強(qiáng)的硬質(zhì)金屬，該超硬增強(qiáng)的硬質(zhì)金屬包含多個(gè)分散在該硬質(zhì)金屬中的構(gòu)造物。