[发明专利]具有替代性粘结剂的硬质合金

说明书

本发明涉及包含η相和Ni‑Al粘结剂的硬质合金，其中所述粘结剂包含内嵌在包含Al和Ni的替代式固溶体基质中的金属间化合物析出物。

本发明涉及切削工具和制造切削工具的方法，所述切削工具包含硬质合金基底，所述硬质合金基底包含碳化钨和粘结剂，其中所述粘结剂包含在替代式固溶体基质中的析出物且其中所述硬质合金包含η相。

背景技术

从二十年代起，本领域中已知基于WC且具有钴粘结剂的硬质合金。已知的在硬质合金中作为粘结金属的其它金属是铁和镍，然而迄今为止钴是最常用的。

由于钴对环境和健康的影响，一直努力在寻找钴的替代性粘结剂。然而，在不负面影响材料性能的情况下难以替换或限制钴的量。对于切削工具而言，基底性能对于所述工具的整体性能是重要的，甚至组成中的小变化都可能对性能有不利的影响。

镍表现出良好的对WC的润湿性，使得其适合于制造硬质合金。相比于WC-Co硬质合金，Ni在氧化和腐蚀条件下也表现出更好的性能。镍类硬质合金的主要缺点是其降低的机械强度。一个原因是相比于Co，Ni的堆垛层错能更高，这使得Ni的加工硬化相比于Co只是中等的。

为了克服WC-Ni硬质合金的性能缺陷，提出了不同方法以增加强度和/或硬度；例如通过在烧结期间抑制WC晶粒的生长来制造亚微米级或近纳米级的WC-Ni硬质合金(Hall-Petch关系)；或向WC-Ni硬质合金的基质中添加一些促进高强度和/或高硬度的元素。

像这样的Ni-Al粘结剂对于硬质合金是已知的。Ni₃Al是具有高硬度和熔点的金属间化合物。已有报道由内嵌在Ni₃Al粘结剂中的WC制成的硬质合金具有高硬度和降低的韧性，使得他们不太适合用于切削工具基底。因此，为了实现具有目标性能(可比于钴)的粘结剂，需要优化NiAl粘结剂。

本发明的一个目的是能够制造具有替代性粘结剂相的硬质合金，所述硬质合金相比于具有钴粘结剂的基底具有相等或改善的性能。

本发明的另一个目的是能够制造具有Ni₃Al粘结剂的硬质合金，其中析出物的形成是可控的。

附图说明

图1示出了根据本发明、即来自实施例的发明例1的粘结剂相的SEM图像。

具体实施方式

本发明涉及包含硬质合金基底的切削工具，所述硬质合金基底包含碳化钨和3至20重量％的粘结剂。所述粘结剂包含内嵌在替代式固溶体基质中的金属间化合物析出物，所述替代式固溶体基质包含Al/Ni重量比在0.03至0.10之间的Al和Ni且其中Ni和Al的总量在总粘结剂的70至95重量％之间。所述硬质合金还包含η相且所述硬质合金中的总碳含量C(重量％)低于值X，其中X通过以下方程式给出：

此方程式对于包含3至20重量％的量的粘结剂的硬质合金是有效的，其中所述粘结剂中Ni和Al的量适合地为粘结剂的70至95重量％且其中Al/Ni重量比在0.03至0.10之间。

已经发现通过降低所述硬质合金中的总碳含量使得微结构中存在η相，能够制造包含内嵌于Ni-Al替代式固溶体中的硬质相(主要是WC)的硬质合金，所述Ni-Al替代式固溶体包含精细分散于粘结剂基质中的析出物。这样的硬质合金的机械性质通过具有包含由析出物增强的易延展的粘结剂相的硬质相而结合了足够的硬度/韧性。

本文中，金属间化合物析出物意指具有立方晶结构(空间群Pm-3m)的半共格析出物，其与周围的粘结剂的不同在于Al原子优先地占据1a位点，而所述固溶体粘结剂呈现出在所有位点上随机的元素占据。

适合地，所述析出物的平均粒度在10至1000nm之间，优选地在10和500nm之间。所述析出物的粒度适合地通过使用平均线性截距法对横截面的SEM图像进行图像分析来测量。