[发明专利]刀具、其制造方法及其均质化碳化钨的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种刀具，特别涉及一种刀具、其制造方法及其均质化碳化钨的制造方法。

背景技术

近几十年来，科学发展一日千里，新技术、新理论、新材料不断地发展出来。在许多重要的材料中，碳化钨(tungsten-titanium，WC)属于最强硬的材料，利用碳化钨可制成各类零件。目前，碳化钨刀具新材料使得切削钢材的加工效率获得突破性提高，以硬质合金材料的形态广泛应用在各种对耐磨性要求严格的特殊零件，如阀类、iPhone外壳模具、钻头、扫雪机刀片等。为了配合高速加工、大量节省加工时间与成本，刀具的改进已成为目前产业量产重要的因素。碳化钨刀具因有较高耐磨性和硬度而在刀具市场上的比重日益增加，且广泛地应用于制造工艺中。

碳化钨刀具为粉末冶金的产品，其主要成分为钨并加入钛、钼、钽等金属粉末及钴粉作为结合剂，再经加热烧结完成。碳化钨刀具的硬度较任何其它材料均高且可达高碳钢的三倍，并适用于切削较硬金属或石材，因其材质脆硬，故只能制成片状再焊于较具韧性的刀柄上。

目前，碳化钨刀具制作方式是利用粉末冶金方式以碳化钨合金材料制作，其主要成份是碳化钨，且以钴为黏合剂而使碳化钨晶粒黏合在一起。碳化钨刀具的粉末冶金制作方式主要由下列步骤所组成：

(一)碳化钨粉的制取：利用选矿技术将含钨的矿石破碎分离，而取得含钨量高的精矿，将含钨的精矿与碳化铝或碳化钙混在一起加热产生反应，所产生的高热量与碳化铝或碳化钙进行加热反应至超2100℃而形成碳化钨，待冷却后将此碳化钨破碎至极细的粉末。另外一种制造方式是在高温下将钨粉与碳混在一起制成碳化钨。

(二)合金的制成：碳化钨合金制作是将碳化钨与钴以一定的比例混合并加压成各种形状，然后半烧结。此烧结过程通常是在真空炉里进行，设定真空炉的温度大约为1300℃至1500℃之间可制得含有约94％碳化钨及6％钴的碳化钨合金材料，其中碳化钨颗粒之间以钴粒为黏合剂。

烧结碳化物是由散布的坚硬陶瓷颗粒(碳化钨)及包围它们的金属基质(钴)所组成，碳化钨质地坚硬、劲度高且耐高温但具脆性，故为了改善其韧性，于加入钴粉末加压成压粉体后，加热使钴熔化而将碳化钨紧紧包住。固化后钴即成为碳化钨的黏结剂，且提供了耐冲击抵抗能力，钴的主要功能是作为碳化钨的黏结剂和改善刀具韧性的功能。

由上述可见，目前碳化钨粉末冶金制程具有前述各方面的广大应用潜力，然而已知其仍具有下述限制及缺点：在碳化钨形成同时，粉末常因团聚效应而产生颗粒粒径不均一的现象，这样的碳化钨粉末在后续分离颗粒大小过程仅经过筛网粗略分离，随后即被添加入刀具加工制程中。因此，所制成的碳化钨刀具所含的碳化钨颗粒为非均质化分布，这样的非均质的碳化钨颗粒分布在所述刀具的内部及其表面不同位置上，所述刀具在使用过程中因其内部含有非均质碳化钨而使所述刀具表面呈现不同的硬度区域，亦或造成整体刀具的硬度下降，所制成的刀具制品在使用过程中可能会产生刀具表面凹陷毁损现象，而减少刀具的使用寿命。以目前关于碳化钨刀具的相关技术而言，大部分的技术都仅对碳化钨做颗粒纳米化处理，而忽略了碳化钨颗粒粒径的均质化表现对其硬度及刀具的使用寿命上的影响。因此，现有技术仍缺乏一种具有均质化碳化钨的刀具及其碳化钨的分类制造方法。

发明内容

为解决目前碳化钨刀具在制作过程中仅将碳化钨颗粒进行粗筛分离处理，而产生颗粒非均质化问题，导致对刀具的硬度及使用寿命上的影响。本发明提供一种刀具及其制造方法以及均质化碳化钨的制造方法，通过均质化分散、离心颗粒大小分类及震荡等组合方式，获得均质化碳化钨，可制得较高硬度及较长使用寿命的碳化钨刀具。

鉴于上述现有技术的问题，根据本发明的一个目的，提供一种刀具，碳化钨刀具由粉末冶金方法所制成，其中，刀具包含均质化碳化钨及选自于由下列所构成的组中的至少一种：钨、钴、碳化钽、碳化钛以及它们的组合。

较佳地，钨的含量占均质化碳化钨整体重量的50至90wt％。

较佳地，均质化碳化钨的粒径范围为纳米等级，粒径范围可为1-10nm。

根据本发明的另一目的，提出一种刀具的制造方法，其包括下列步骤：

(1)称取均质化碳化钨粉末与其它金属或金属化合物粉末于第一预设参数条件下压制成胚体，第一预设参数条件如下：环境压力1000Psi，持压时间20分钟及压制温度介于25～150℃之间；其中，其它金属或金属化合物粉末选自于由下列所构成的组中的至少一种：钨、钴、碳化钽、碳化钛以及它们的组合；