[发明专利]烧结碳化物本体及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及烧结碳化物本体，并且特别地涉及含有周期表中IVB族、VB族和VIB族的金属的烧结碳化物本体。

背景技术

包含烧结碳化物本体的切削刀具已用于对不同金属和合金进行机加工的带涂层和无涂层两种情况中。增加切削刀具的磨损和失效模式（包括热形变、破裂、以及碎裂）耐受性仍是研究和发展的密集区域。为此，已经分配了重要的资源来发展切削刀具的耐磨性耐火涂层。例如，已经通过化学气相沉积（CVD）连同物理气相沉积（PVD）将TiC、TiCN、TiOCN、TiN和Al₂O₃施加到烧结碳化物上。

此外，位于下面的切削刀具基底的特性则一直处于研究中。切削刀具制造商已经检验了烧结碳化物本体的组成变化以及对烧结碳化物特性所产生的影响，这些特性包括但不限于：硬度、耐磨损性、热变形抗性、韧性、密度以及各种磁特性。然而，一种烧结碳化物特性的增强经常导致伴随着另一种烧结碳化物特性的降低。例如，增大烧结碳化物本体的变形抗性可能导致该本体的韧性和导热性减小。日本专利申请公开JP 2002-356734A认识到了这样的问题并且描述了一种具有塑性变形抗性以及增大的硬度和导热性的烧结碳化物本体。根据JP2002-356734A，这些目的是提供通过将选自IVB族、VB族、以及VIB族的金属的碳化物、氮化物、以及碳氮化物的几种不同固溶体相结合到该烧结碳化物本体中而实现的。

尽管如此，对于烧结碳化物基底的改进是必要的以便满足金属加工应用的发展的需求，并且当对烧结碳化物本体进行组成上的改变以试图提供具有改进性能的切削刀具时，需要多种竞争性的特性之间的谨慎权衡。

发明内容

在一个方面，在此描述了烧结碳化物本体，在一些实施方案中，这些烧结碳化物本体可以展示出改进的耐磨损性和/或一种或多种失效模式。例如，在一些实施方案中，在此描述的烧结碳化物本体显示出增大的热变形抗性，而基本上没有损失韧性。

在一些实施方案中，在此描述的烧结碳化物本体包括一个碳化钨相、一个粘结剂相（包括铁系元素中的至少一种金属或其合金）、锆和铌的碳化物的一种固溶体相(Zr,Nb)C以及立方碳化物，该立方碳化物的量值为范围从约0.5体积百分比到约6体积百分比。在一些实施方案中，该烧结碳化物本体所包括的立方碳化物的量值是范围从约1体积百分比至约5.5体积百分比。在一些实施方案中，该烧结碳化物本体所包括的立方碳化物的量值是大于约2体积百分比至约5体积百分比。此外，在一些实施方案中，该烧结碳化物本体的立方碳化物由固溶体相的锆和铌的碳化物组成。

在一些实施方案中，在此描述的烧结碳化物本体进一步包括一个通过物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、或其组合而沉积在其上的涂层。在一些实施方案中，该涂层包括选自由周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及铝和选自由周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素。在此描述的周期表的族是根据CAS命名而确定的。在一些实施方案中，该涂层是一个单层的涂层。可替代的，在一些实施方案中，该涂层是一个多层的涂层。

在一些实施方案中，在此描述的烧结碳化物本体具有用于一种或多种金属加工应用的切削刀具的形状。在一些实施方案中，烧结碳化物本体包括一个前刀面和一个与该前刀面相交而形成了切削刃的侧面。

在另一方面，在此描述了制作烧结碳化物本体的方法。在一些实施方案中，一种制作烧结碳化物本体的方法包括：提供一种包括碳化钨粉末、粘结剂粉末（包括至少一种来自铁系元素中的金属或其合金）、以及锆和铌的碳化物的粉末状固溶体(Zr,Nb)C的混合物。由该混合物形成了一个生坯并且将其进行烧结以便提供以下的烧结碳化物本体，其包括一个碳化钨相、一个粘结剂相、一个固溶体相(Zr,Nb)C、以及量值范围是从约0.5体积百分比到约6体积百分比的立方碳化物。

在另一方面中，在此说明了切削金属的方法。在一些实施方案中，一种切削金属的方法包括：提供一个金属工件，以及用一个切削刀具来切削该金属工件，该切削刀具包括一个烧结碳化物本体，该烧结碳化物本体包括一个碳化钨相、一个粘结剂相（包括至少一种铁系元素中的金属或其合金）、锆和铌的碳化物的一个固溶体相(Zr,Nb)C、以及量值范围是从约0.5体积百分比到约6体积百分比的立方碳化物。