[發明專利]表面硬化的功能梯度硬質合金及其制備方法

無效

• 申請號: 201210585814.7
• 申請日: 2009-03-13
• 公開（公告）號: CN103103371A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 房志剛;范鵬;郭軍
• 申請（專利權）人: 猶他大學研究基金會
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C29/08
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙) 31218
• 代理人: 翟羽

1.一種硬化表面的功能梯度硬質合金的制備方法，包括下列步驟：

制備碳化鎢-鈷(WC-Co)粉末；

壓制該碳化鎢-鈷粉末形成致密；

燒結該致密的碳化鎢-鈷粉末形成全致密；以及其特征在于：

在具有滲碳氣氛的爐中，以一個形成固相碳化鎢、液相鈷及固相鈷三相共存的溫度范圍來熱處理該已燒結的碳化鎢-鈷粉末以形成硬質合金，且熱處理后的硬質合金具有一表面層，表面層的鈷含量低于硬質合金的一塊體的名義成分值的鈷含量，且從表面層向硬質合金內部相對應的發展出幅度增加的鈷梯度結構，該制備的碳化鎢-鈷(WC-Co)粉末的碳含量是高到足以使該碳化鎢-鈷粉末在經過熱處理過程及/或燒結過程中或之后的任何時間里的任何溫度下都不會出現η相。

2.如權利要求1所述的硬化表面的功能梯度硬質合金的制備方法，其特征在于：該碳化鎢-鈷粉末具有亞化學計量的碳含量。

3.如權利要求1所述的硬化表面的功能梯度硬質合金的制備方法，其特征在于：該制備的碳化鎢-鈷(WC-Co)粉末的碳總含量大于一個沒有出現η相的硬質合金復合材料的最低碳總含量(Cη)但是小于該碳化鎢-鈷(WC-Co)復合材料的亞化學計量的碳總含量(C_S-COMP)。

4.如權利要求1所述的硬化表面的功能梯度硬質合金的制備方法，其特征在于：該滲碳氣氛是在高于1大氣壓力(atm)到低于160乇(torr)之間的氣壓范圍中混合的滲碳氣體混合物。

5.如權利要求1所述的硬化表面的功能梯度硬質合金的制備方法，其特征在于：該燒結步驟及熱處理步驟皆在同一爐的熱循環中施行，且在該燒結步驟后無需從該爐中移走此該已燒結的碳化鎢-鈷粉末。

6.如權利要求1所述的硬化表面的功能梯度硬質合金的制備方法，其特征在于：該燒結步驟及熱處理步驟是在兩個分開的爐中施行，所以有兩個分開的熱循環。

7.如權利要求1所述的硬化表面的功能梯度硬質合金的制備方法，其特征在于：該碳化鎢-鈷粉末包含鈦、鉭、鉻、鉬、鈮、釩元素及/或鈦、鉭、鉻、鉬、鈮、釩各元素的碳化物的其中之一或組合。

8.如權利要求1所述的硬化表面的功能梯度硬質合金的制備方法，其特征在于：該碳化鎢-鈷粉末包含鎳(Ni)及/或鐵(Fe)以取代部份或全部的鈷。

9.一種硬化表面的功能梯度硬質合金，通過一制備方法制成，該制備方法下列步驟：制備碳化鎢-鈷(WC-Co)粉末、壓制該碳化鎢-鈷粉末形成致密、燒結該碳化鎢-鈷粉末形成全致密以及在具有滲碳氣氛的爐中熱處理該已燒結的碳化鎢-鈷粉末以形成硬質合金，且該硬質合金的特征在于：

熱處理后的硬質合金形成一表面層，且表面層的鈷含量低于硬質合金的一塊體的名義成分值的鈷含量，以及在熱處理的一溫度范圍中，硬質合金的該已燒結的碳化鎢-鈷粉末形成固相碳化鎢、液相鈷及固相鈷三相共存，且從表面層向硬質合金內部相對應的發展出幅度增加的鈷梯度結構，以及該碳化鎢-鈷粉末在燒結處理及/或熱處理過程中或之后的任何時間及任何溫度下不包含η相。

10.如權利要求9所述的硬化表面的功能梯度硬質合金，其特征在于：該硬質合金具有一硬化表面層與一韌化核心，其中通過10到50公斤力負荷下的標準維氏硬度試驗方法測定出該硬化表面層的硬度是高于材料內部中心的硬度至少30維氏硬度值。

11.如權利要求9所述的硬化表面的功能梯度硬質合金，其特征在于：該硬質合金的表面層的鈷含量低于名義平均成分值的鈷含量的90％。

12.如權利要求9所述的硬化表面的功能梯度硬質合金，其特征在于：該硬質合金中增加的鈷含量如同是增加表面層的深度，所以鈷含量的增加達到或甚至是優于硬質合金的名義平均成分值的鈷含量。

13.如權利要求9所述的硬化表面的功能梯度硬質合金，其特征在于：該硬質合金的表面層的一個厚度大于10微米。

14.如權利要求9所述的硬化表面的功能梯度硬質合金，其特征在于：該硬質合金的表面層的一個厚度小于該材料整個厚度的10％。