[发明专利]烧结碳化物材料

说明书

技术领域

本发明通常涉及烧结碳化物材料，含有该材料的工具以及制造该材料的方法。

背景技术

烧结碳化物材料含有金属碳化物例如碳化钨（WC）或碳化钛（TiC）微粒，其分散在含有金属例如钴（Co）、镍（Ni）或金属合金的粘合剂材料中。可以认为粘结相将碳化物微粒粘结在一起成为烧结体。磁性能的测量结果可用来间接地测量烧结碳化物材料的微观结构和性能方面。磁矫顽力（或简单称为矫顽力或矫顽性）和磁矩（或磁饱和度）可以用于该目的。

欧洲专利号1043415公开了涂层烧结碳化物嵌芯(coated cemented carbide insert)，其具有5-50微米厚度且基本不含伽玛相但富含粘结相的表面区，该表面区的平均粘结相含量（按体积计）为集体粘结相(bulk binder phase)含量的1.2-2.0倍。伽玛相基本上由TaC和TiC以及在一定程度上在烧结期间溶解于伽玛相中的WC构成。Ta/Ti的比例介于1.0和4.0之间。

Jonsson(Jonsson,H.,1981,Microstructure and hardness of heat treated Co-W alloys with compositions close to those of binder phases of Co-WCcemented carbides(在具有接近于Co-WC烧结碳化物的粘结相的组分的热处理Co-W合金的微观结构和硬度),PhD论文,Chemistry Institute of the University of Uppsala)中公开了均质的Co-25%W合金在摄氏500至800度的温度范围内至少长达约100小时的老化伴有硬度的增大。

烧结碳化物材料相对耐磨损和抗断裂。然而，通常可以预期通过控制组分来增大耐磨性，从而导致抗断裂性的让步，反之亦然。尽管延长烧结碳化物材料的热处理时间可以用来改变其性能，但是这降低了生产速度并趋向于增大成本。

发明内容

从第一个方面来看，本发明可以提供烧结碳化物材料，其含有呈微粒形式的碳化钨材料(WC)和粘结相，该碳化钨材料具有相当于至少约0.5微米和至多约10微米的圆直径的平均晶粒尺寸D（如使用烧结碳化物材料的抛光表面的电子背散射衍射图像测量所得），该粘结相含有至少约5重量%和至多约12重量%的钴（Co）；该WC材料的含量为至少约75重量%和至多约95重量%；并且，纳米微粒分散在所述粘合剂材料中，该纳米微粒含有公式Co_xW_yC_z的材料，其中X为范围从1至7的值，Y为范围从1至10的值，且Z为范围从0至4的值或Z为范围从1至4的值；该纳米微粒的平均微粒尺寸为至多约10nm，至少约10%的该纳米微粒的尺寸为至多约5nm；该烧结碳化物材料的磁矫顽力以kA/m为单位为至少约-2.1×D+14。平均晶粒尺寸D为晶粒尺寸d的平均值，其被表示为在含有烧结碳化物材料的本体的抛光表面的电子背散射衍射图像中明显可见的晶粒的等效圆直径。

本公开设想了烧结碳化物材料的各种实施例，以下为非限制且非穷举的实施例。

W可以以粘合剂材料的至少约10重量%的含量存在于粘合剂中。W可以以固溶体或分散微粒的形式存在于粘合剂中。

粘结相可以包括铁（Fe）或镍（Ni）或包括Fe或Ni的合金。

Co含量可以为至少约5重量%和至多约8重量%，且烧结碳化物材料的磁矫顽力以kA/m为单位可以为至少约-1.9×D+14。

Co含量为至少约8重量%和至多约12重量%，且烧结碳化物材料的磁矫顽力以kA/m为单位为至少约-2.1×D+14。

从第二个方面来看，本发明提供了一种制造烧结碳化物本体（即含有烧结碳化物材料的本体）的方法，该方法包括提供烧结体，该烧结体含有碳化钨（WC）微粒和含有钴（Co）的粘合剂材料，该WC微粒的平均尺寸D为至少约0.5微米和至多约10微米，烧结体中的WC微粒的含量为至少约75重量%和至多约95重量%，且烧结体中的粘合剂材料的含量为至少约5重量%和至多约20重量%；并且在从约摄氏500度至约摄氏900度范围内的温度下热处理烧结体一段时间；该时间为至少约（0.8×D）－0.15小时和至多约（4.3×D）－1.7小时。