[发明专利]硬质合金工具

说明书

技术领域

本发明涉及具有优异性能的WC-Co基硬质合金，具体地，该硬质合金可用作木材加工、印刷电路板钻孔以及拉丝的工具，且还可用作金属切削操作的工具。

背景技术

通常通过如下方法制备硬质合金体：在球磨机中，通过湿磨将WC、TiC、NbC、TaC、Ni和/或Co的粉末以及压制剂(通常为蜡基的)混合成为浆料，将该浆料喷雾干燥至可流动的待压制粉末，将该粉末压缩为所需形状和尺寸的坯体，并随后进行烧结。

一般地，Co或Ni粉末通常具有宽的粒径分布，并具有蠕虫状结构的牢固团聚颗粒，参见图1。即使在超微磨碎机进行碾磨时，该粉末也难于解团聚。粘结相含量低会导致粘结相湖(binder phase lake)和非均质的微观结构，使得物理和化学性能发生变化。

US 6,346,137公开的粘结相粉末主要具有晶粒聚集的近球形晶粒，其平均粒度为0.5-2μm，参见图2。该粉末具有小的比表面积(SSA)，这也使得在低的粘结相含量情况下获得均匀的硬质合金结构存在问题。

在US 4,539,041中公开了另一种粘结相粉末。该粉末具有球形亚微米粒度颗粒，参见图3。这种粉末用作硬质合金中的粘结相的应用描述于美国专利5,441,693中。通过使用这种粉末，粘结相颗粒更好地分散，使得微观结构变得更加均匀。因此，烧结后存在较少的粘结相湖，且烧结温度可进一步降低。

小的粒度和/或低的粘结相含量将导致更高的硬度。通常，需要获得粒度与粘结相含量之间的折衷，以实现最优的烧结性，例如，在低烧结温度下的硬质合金的低孔隙度。相对于具有略粗粒度的硬质合金，具有非常微细粒度的硬质合金通常需要更高的粘结相含量，以利用粘结相使得WC晶粒被适当地均匀地润湿。粘结相在WC颗粒上的润湿还受到粘结相在烧结前的分散和分布的影响，并且该WC颗粒应进行非常好的解团聚和/或分离，以获得大的比表面积。为了使硬质合金工作性能优化，重要的是使该微观结构尽可能地均匀。

具有非常微细粒度的硬质合金在低含量粘结相情况下，可观察到孔隙度微细，以至于在光学显微镜下观察不到，因此，不适用ISO 4505。使用扫描电子显微镜(SEM)，以二次电子模式，在5000的放大倍率下观察到该纳米尺寸孔隙度。该孔径小于1μm。为量化纳米孔隙度，在每个为1000μm²的5个不同区域中计数孔径范围为0.5至1μm的孔的数目。

这种孔隙度对于耐磨性具有负面影响。可通过将硬质合金在压力下进行烧结(烧结热等静压(Sinter-HIP))或热等静压后处理而将该孔隙度最小化。

附图说明

图1至3显示了具有a)图1的蠕虫状结构的Co粉末的扫描电子显微镜图像；具有b)图2的带有小的SSA的近球形的Co粉末的扫描电子显微镜图像；具有c)图3的亚微米粒度和球形的Co粉末的扫描电子显微镜图像。

图4显示了在本发明中使用的海绵状颗粒Co粉末的扫描电子显微镜图像。

图5是显示纳米孔隙度的硬质合金的微观结构的扫描电子显微镜图像。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有改进的烧结性的硬质合金，特别地，其具有微细的WC粒度和/或低的粘结相含量。

在本发明的一个方面中，提供了一种利用碾磨、压制和烧结粉末的粉末冶金法制备一种烧结体的方法，所述烧结体包括一种或多种硬质成分和基于钴和/或镍的粘结相，其中，至少部分粘结相粉末的比表面积为3至8m²/g，粘结相粉末颗粒的粒度为1至5μm。

在本发明的另一方面中，提供了一种利用碾磨、压制和烧结粉末的粉末冶金法制备一种烧结体的方法，所述烧结体包括一种或多种硬质成分和基于钴和/或镍的粘结相，其中，至少部分粘结相粉末为海绵状，其比表面积为3至8m²/g，该海绵状颗粒的粒度为1至5μm。

根据本发明，提供了一种利用碾磨、压制和烧结粉末的粉末冶金法形成硬质成分和粘结相，而制备的具有改进的烧结性的硬质合金，所述硬质合金基于碳化钨和粘结相，所述粘结相基于Ni和/或Co，其中，条件是，适当地，所述粘结相包括大于25％、优选50％、最优选75％的Ni和/或Co粉末，其由费氏粒度为1至5μm，比表面积/BET为3至8m²/g的海绵状颗粒构成。所述改进的烧结性显示为在保护气氛中将烧结的硬质合金再加热至1370-1410℃约1小时之后基本不变的纳米孔隙度。