[發明專利]多晶材料、包含其的主體、包含其的工具及其制作方法

在審

• 申請號: 201380039125.9
• 申請日: 2013-05-24
• 公開（公告）號: CN104487192A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 伊戈爾·尤利耶維奇·康亞辛;貝恩德·海恩里希·里斯;弗蘭克·弗里德里希·拉赫曼
• 申請（專利權）人: 第六元素公司
• 主分類號: B22F7/08
• 分類號: B22F7/08;C23C4/12;C23C26/00;C22C29/08;C22C29/06
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 謝順星;張晶

技術領域

本申請主要涉及多晶材料、包含該多晶材料的構造、包含該多晶材料的工具及該多晶材料的制作方法。具體但不限于，該多晶材料可以用作硬表面材料以保護主體和工具在使用中的劣化。

背景技術

專利號為7662207的美國專利公開了一種由納米顆粒的聚合物組成并且具有高強度和高硬度的粒狀材料。如鐵、鈷和鎳的磁性元素的晶粒縮減到納米水平以提供展現改善的軟磁度的新的材料。公開了包括固溶型氮的納米晶體奧氏體鋼粒狀材料。該專利還討論了如Hall-Petch關系所教導的，金屬材料的強度隨著晶粒直徑D的減小而增加，且這樣的強度與晶粒直徑的依賴關系甚至在D為或者接近50-100納米時仍然成立。這樣，減少晶體顆粒直徑到超細，納米水平現在成為一種用于增強金屬材料的重要手段。一些科技雜志表明將D值減少到像幾個納米的超細尺寸可導致超塑性。但是，大多熔化制作的金屬材料的晶粒直徑D通常在從幾微米到幾十微米的量級，并且即使通過后續處理D值很難被縮減到納米量級。即使通過可控滾軋，顆粒的直徑的可能最下限也是最大為4-5微米的量級。根據上述公開資料，通過常規的工藝是不可能得到顆粒直徑被縮減到納米的材料。

公開號為WO/2012/004292國際專利申請公開了一種包含鋼基座和融合到鋼基座表面的硬表面結構。該硬表面結構包括多個微米結構，平均尺寸小于約200納米的多個納米結構和結合料。該納米結構包括大約20重量百分比的W、金屬M和C；M選自Fe、Co和Ni或其合金。該結合料包含大于約3重量百分比的W，大于約2重量百分比的Cr，大于約0.5重量百分比的Si，金屬M和C。

公開號為WO2005092542國際專利申請公開了一種具有高硬度的納米結晶的高碳鐵合金粉，其包括高碳鐵納米顆粒的聚合物，其中在上述的納米晶體中沉淀和分散有加強鐵素體相的材料。

有必要提供一種具有高抗耐磨性，優選但不限于作為在使用中常會磨損工具或部分的保護涂層。也有必要提供一種具有高斷裂韌性的材料。

發明內容

根據第一方面，提供了一種多晶材料，其包括鐵族元素的結晶相的多個納米顆粒和包含碳(C)或者氮(N)的材料的多個晶粒，每個納米顆粒具有小于10納米或小于9納米的平均尺寸。

本發明還公開了多晶材料及包含其的構造和工具的多種組成、配置、組合以及使用，以下是一些非限制性的、簡單的示例。

本發明公開了納米顆粒在多晶材料中的多種設置。在一些示例中，納米顆粒可分散在包含結晶相的結合混合料中。該多晶材料可以包括植入到包含結晶相的結合混合料中的所述納米顆粒的連續聚合物，包含在所述聚合物中的所述納米顆粒具有在納米顆粒之間的各自的顆粒邊界。每每個納米顆粒與包含在所述多晶材料中的結晶相共享顆粒邊界，并且在一些示例中，每個納米顆粒與平均尺寸最大約50納米的鐵族元素的結晶相共享顆粒邊界。每個納米顆粒可以與結晶相結合料共享顆粒邊界。納米顆粒分散到具有至少約0.9GPa的納米硬度的結合料中。

在一些示例中，該鐵族元素可以為鐵、鈷或鎳。納米顆粒可能包含奧氏體或者鐵素體，和/或該納米顆粒可以納米顆粒包括選自B、Si、Ti、V、Cr、Mn、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Al、Cu、Mg、K、Ca、Zn、Ag、P、S和N中的元素形式或化合物形式的至少一種元素。該納米顆粒和/或晶粒可能包括碳和/或氮，比如包括碳化鉻、氧化鉻、碳化鎢、碳化硅和二氧化硅，和可能存在于固溶體中的化合物。在一些示例中，該多晶材料包括至少約1重量百分比的Si，至少約5重量百分比的Cr，至少約40重量百分比的W，合成物的剩余部分主要包括鐵族金屬和碳。在一些示例中，該納米顆粒可以是包含C或者N的材料的晶粒。可能存在于納米顆粒或者多晶材料中的碳或者氮可以大體上不受其他種類的包含碳或者氮的結晶相的限制。該多晶材料可以包括含碳或者氮的晶粒而不是納米顆粒；和/或該納米顆粒和其他包含在該多晶材料中的晶粒可以包含碳和/或氮。

多晶材料可能包含硼(B)。

該多晶材料可以包含多種材料和相的晶粒。比如，該多晶材料可以包括碳化物的(結晶)顆粒，比如碳化鎢(WC)、碳化鈦、碳化鉭、碳化鉬、碳化鈮、碳化鉿或碳化釩。在一些示例中，該多晶材料可以包括氮化物的(結晶)顆粒，比如立方氮化硼顆粒或氮化硅顆粒；和/或金剛石顆粒；和/或碳氮化物或者硼氮化物的晶粒。