[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

本申請為申請號200910127618.3、申請日2009年3月13日、發明名稱“表面硬化的功能梯度硬質合金及其制備方法”的分案申請。

【技術領域】

本發明是有關于一種表面硬化的功能梯度硬質合金及其制備方法，特別是有關于一種結合耐磨性及韌性的功能梯度硬質合金。

【背景技術】

功能梯度硬質合金(Functionally?graded?cemented?tungsten?carbide,FGMWC-Co)材料又可簡稱為碳化鎢-鈷(WC-Co)復合材料，這些碳化鎢-鈷(WC-Co)復合材料可以用來作成金屬切削刀具、石油勘探或采礦或建設的鑿巖釬具、道路工程工具、其它許多金屬加工工具、金屬成形工具及其它的應用。有關現有技術的介紹，可參考美國專利公開第2005/0276717號。此美國專利已公開述明，構成硬質合金的材料需要包含若干數量的鈷，所以這類材料被稱為碳化鎢-鈷(WC-Co)復合材料。還有，構成硬質合金的材料要能兼具韌性及耐磨性。

硬質合金(或稱燒結碳化鎢-鈷(WC-Co)復合材料)，是由鈷基材料中數個碳化鎢(WC)顆粒的大體積分數(Volume?fraction)所組成，是金屬加工、金屬成形、采礦、石油與天然氣鉆探及所有其它應用中最被廣泛使用的工業工具材料之一。相較于傳統的硬質合金材料，功能梯度硬質合金(Functionally?gradedcemented?tungsten?carbide,FGM?WC-Co)的鈷梯度是從燒結部位的外表面擴展到內部，所以可以將許多機械性能作良好的結合。例如，具有低鈷含量表面區域的功能梯度硬質合金(FGM?WC-Co)結合了硬化表面及韌化核心來表現出較佳的耐磨性。雖然可以很輕易了解到功能梯度硬質合金(FGM?WC-Co)的許多潛在優點，然而功能梯度硬質合金(FGM?WC-Co)的制備是極為困難的挑戰。

典型的硬質合金是通過真空液相燒結(Vacuum?liquid?phase?sintering,LPS)處理來進行燒結。不幸的是，當具有最初始鈷梯度的硬質合金在進行真空液相燒結處理時，會產生液相鈷的相遷移，反而輕易消除了鈷的梯度。

【發明內容】

本發明的主要目的在于提供一種表面硬化的功能梯度硬質合金及其制備方法，其中該功能梯度硬質合金形成一硬質且耐磨的表面層與一韌化核心以獲得一結合耐磨性及韌性的最佳機械性質。

本發明的其它目的和優點可以從本發明所揭露的技術特征中得到進一步的了解。

為達到上述的目的或是其它目的，本發明采用如下技術方案：一種表面硬化的功能梯度硬質合金的制備方法，包括：制備碳化鎢-鈷(WC-Co)粉末、壓制該碳化鎢-鈷粉末、燒結該碳化鎢-鈷粉末、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，其中熱處理步驟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鈷含量的名義成分值，以及前述熱處理步驟的溫度范圍是一個固相碳化鎢、液相鈷及固相鈷三相共存的溫度范圍。以及通過前述制備方法制成一種表面硬化的功能梯度硬質合金，包括：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鈷含量的名義成分值，以及在熱處理的一溫度范圍中，形成硬質合金的已燒結的碳化鎢-鈷材料具有固相碳化鎢、液相鈷及固相鈷三相共存。

根據本發明一實施例，該功能梯度硬質合金的硬化表面層與韌化核心在10到50公斤力的負荷下透過標準維氏硬度試驗方法可以測定出表面硬度高于其內部中心至少30維氏硬度(Vickers?Hardness)值。