[發(fā)明專(zhuān)利]硬質(zhì)合金

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980136235.0
• 申請(qǐng)日: 2009-09-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102165081A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: I·Y·肯雅辛;B·H·里斯;F·F·拉馳曼
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 六號(hào)元素控股有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C22C26/00
• 分類(lèi)號(hào): C22C26/00
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 李帆

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及例如可以用于耐磨部件的硬質(zhì)合金領(lǐng)域。可以在多種應(yīng)用中使用這樣的部件，例如用于鉆地，挖掘，油和氣的鉆探，建設(shè)，石頭、巖石、金屬、木頭和復(fù)合材料的切割，以及切削形成的機(jī)加工。

背景技術(shù)

燒結(jié)硬質(zhì)合金，又被稱(chēng)作硬質(zhì)合金，是硬質(zhì)材料類(lèi)，其包含金屬碳化物和/或碳氮化物的硬質(zhì)相以及包含一種或多種鐵族金屬的金屬合金(metallic?alloy)粘合劑，所述金屬選自于周期表的IVa族至VIa族。硬質(zhì)合金由粉末冶金法生產(chǎn)，該方法典型地包括以下步驟：碾磨，混合，壓制和液相燒結(jié)。最常用的WC-Co硬質(zhì)合金的燒結(jié)溫度通常超過(guò)共晶溫度的熔點(diǎn)，其為約1300℃到1320℃。用于另一類(lèi)被稱(chēng)作金屬陶瓷的硬質(zhì)合金的燒結(jié)溫度高于Ti-C-Ni-Mo體系的熔點(diǎn)(該熔點(diǎn)為約1280℃)，該硬質(zhì)合金包含帶有Ni-Mo-基粘合劑的TiC或TiCN。典型地，硬質(zhì)合金的燒結(jié)溫度高于1350℃，因而在燒結(jié)期間允許形成高份數(shù)的液相從而提高燒結(jié)產(chǎn)品的全密度。

術(shù)語(yǔ)“耐磨部件”理解為在應(yīng)用中承受或旨在承受磨損應(yīng)力的部件或組件。存在各種耐磨部件可承受的磨損應(yīng)力，例如磨蝕、侵蝕、腐蝕和其它形式的化學(xué)磨損。耐磨部件可以包含任何多種材料，取決于磨損部件期望耐受的磨損的性質(zhì)和強(qiáng)度，以及成本、尺寸和質(zhì)量上的制約。例如，燒結(jié)碳化鎢高度的耐磨蝕，但由于其高的密度和成本而典型地只能用作相對(duì)較小部件的主要成分，例如鉆頭插入件、鑿子、切削頭等?？梢栽谕诰蝮w，鉆頭體，漏斗以及研磨材料的載體中使用的較大耐磨部件典型地由硬質(zhì)鋼制成，在某些應(yīng)用中，該硬質(zhì)鋼與燒結(jié)硬質(zhì)合金相比顯著更經(jīng)濟(jì)。

美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.2007/0092727教導(dǎo)了一種磨損部件，其包含金剛石晶粒，碳化物相例如為碳化鎢以及金屬合金，該金屬合金具有低于1400℃、優(yōu)選低于1200℃的液相線(xiàn)溫度。教導(dǎo)了兩種用于制作該耐磨部件的方法。在第一種方法中，使包含金剛石晶粒的中間制品與由選定的浸滲第一合金和選定的第二合金的源接觸，將該源和中間制品的溫度提高至高于浸滲合金的液相線(xiàn)，從而引起后者浸滲到中間制品的孔隙中。當(dāng)?shù)诙辖鸬慕M分與中間制品金剛石反應(yīng)時(shí)，形成碳化物。在更適合于制造較大耐磨部件的第二種方法中，使包含金剛石晶粒的中間材料與選自第一族的合金和選自第二族的合金一起在低于1200攝氏度(℃)的溫度下進(jìn)行熱壓制。在第二種方法中不需要浸滲。

舉例來(lái)說(shuō)，在美國(guó)專(zhuān)利No.5,660,939和英國(guó)專(zhuān)利No.2,167,088中教導(dǎo)了為核工業(yè)而開(kāi)發(fā)的不銹鋼合金，該合金包含鉻、鎳、硅和碳，但是肯定不包含一般不適用于放射性的環(huán)境中的鈷。這些合金都是硬質(zhì)并且抗腐蝕的。

在一系列專(zhuān)利中均公開(kāi)了包含分散在硬質(zhì)合金的基體內(nèi)的未涂覆金剛石晶粒的材料，例如美國(guó)專(zhuān)利No.1,996,598、英國(guó)專(zhuān)利No.611,860,德國(guó)專(zhuān)利No.531,077和瑞典專(zhuān)利No.192,637。

在美國(guó)專(zhuān)利No.5,723,177中記載了一種金剛石晶粒作為硬質(zhì)合金組分的用途，該金剛石晶粒涂覆有耐火金屬碳化物、氮化物、氧化物、硼化物、硅化物或其組合的層。在金剛石晶粒上的這些涂層被認(rèn)為能夠抑制或阻止在燒結(jié)過(guò)程中金剛石的石墨化。然而，上述的美國(guó)專(zhuān)利僅公開(kāi)了帶有較高液相線(xiàn)溫度的常規(guī)硬質(zhì)合金，在該溫度下，金剛石的石墨化或其它劣化得到提高或促進(jìn)。因此，含有金剛石的硬質(zhì)合金必須在沒(méi)有液相形成的情況下進(jìn)行燒結(jié)，即在低于約1300℃的溫度下。與在大型爐子中的燒結(jié)硬質(zhì)合金制品的較經(jīng)濟(jì)的常規(guī)分批方法相比，上述包含硬質(zhì)合金的各制品必須分別通過(guò)軸向壓制進(jìn)行熱壓制，從而獲得足夠高的密度。因此，根據(jù)該專(zhuān)利的教導(dǎo)所生產(chǎn)的制品具有相對(duì)較高的生產(chǎn)成本。無(wú)液相燒結(jié)的另一缺點(diǎn)為，不能獲得優(yōu)化的顯微組織以及完全消除材料中的殘余孔隙。

另一描述含有涂覆金剛石晶粒的硬質(zhì)合金的專(zhuān)利為日本專(zhuān)利No.2001040446。該對(duì)比文獻(xiàn)公開(kāi)了一種帶有粘合劑的硬質(zhì)合金，該粘合劑包含F(xiàn)e族金屬，同時(shí)其教導(dǎo)了燒結(jié)溫度應(yīng)該相對(duì)較低(接近1300℃)，從而避免粘合劑相的完全熔化。因此，不能獲得該材料的最優(yōu)化顯微組織以及全密度。

存在許多對(duì)比資料公開(kāi)了特征在于低溫液相形成的含金剛石硬質(zhì)合金。美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.US2007/0092727公開(kāi)了一種含金剛石硬質(zhì)合金，該硬質(zhì)合金包含碳化物相和粘合劑相，該粘合劑相包含液相線(xiàn)溫度低于1400℃優(yōu)選低于1200℃的金屬或金屬間合金。金剛石晶粒未被涂覆，使得金剛石晶粒甚至在相對(duì)較低的燒結(jié)溫度下，在與含鐵族金屬的液態(tài)粘合劑接觸時(shí)，傾向于石墨化。