[发明专利]烧结碳化物物件和其制造方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及烧结碳化物物件和生产该物件的方法。

背景技术

包括（烧结后）高达10wt.%的Co的碳化钨-钴（WC-Co）烧结碳化物材料的表面可包含非常少的Co，并且在表面上可能只有裸露的WC颗粒是可见的。这样的表面有可能显示下降的断裂韧性和强度，这可能与在表面Co含量降低的WC颗粒之间较大的间隙相关。该间隙可视为微裂纹，该微裂纹在低载荷下可较容易地打开，导致其他裂纹的产生和扩散以及最终导致整个碳化物物件失败。含有非常少量Co的表面层的另一个缺点是，在钎焊时各种钎焊料的该表面层可湿性趋向于非常差，这导致碳化物物件和钢制品之间较差的结合，并趋向于产生质量较差的钎焊耐磨部物件和工具。这些缺点也适用于包括粘合剂材料（其含有其他Fe族金属和其合金（Ni和/或Fe））的WC-基碳化物物件等级。通过研磨具有复杂形状的烧结碳化物物件，可能很难于移除含有很少Co或不含Co的表面层。在一些情况下，在烧结后研磨碳化物物件可能在经济上是不合理的。

美国专利号4,830,930公开了表面精细化的烧结合金体，其包括含有选自包括周期表4a、5a和6a族金属碳化物的族中至少一种的硬质相和包括选自铁族金属中至少一种的粘结相。粘结相的浓度在最外部表面处最高并接近内部的浓度。

美国专利申请公开号2004/0211493A1公开了制造表面具有高Co含量的烧结碳化物物件的方法。所述方法包括在真空中于1000至1400℃下进行碳化物物件的热处理和在氮气中的快速冷却。

从第一个方面可见，本发明提供了一种烧结碳化物物件，其包含：金属碳化物颗粒与粘合剂的核心，所述粘合剂选自钴、镍、铁和包含一种或多种这些金属的合金；以及限定所述物件外表面的表面层，所述表面层包含5-25wt%的钨和0.1-5wt%的碳，所述表面层的剩余部分含有选自粘合剂金属和合金的金属或合金，且如光学显微镜或SEM所确定，所述表面层基本上没有碳化物颗粒。

本发明设想了各种组合和配置，下面对其非限定性和非穷举实例进行了描述。

在示例性配置中，表面层可具有至少约1微米且至多约50微米的厚度，且可包括Co、Ni和/或Fe以及溶解的钨和碳。

在一些示例性配置中，表面层厚度可为至少约2微米且至多约20微米。

在一些示例性配置中，表面层可以在物件表面上基本上连续的；且在一些配置中，表面层可以为物件表面积的至少96%、97%、98%、99%或100%。

在一些示例性配置中，表面层可以基本上由5-25wt.%的钨和大约0.1-5wt.%的碳、Co、Ni和/或Fe或其合金以及另外包含在碳化物物件中的任选的颗粒生长抑制剂（例如V、Cr、Ta等）组成。

在一些示例性配置中，表面层可含有约10-15wt.%的钨和大约1-4wt.%的碳。在一个配置中，表面层还可含有大约0.1-10wt.%的V，大约0.1-10wt.%的Cr，大约0.1-5wt.%的Ta，大约0.1-5wt.%的Ti，大约0.5-15wt.%的Mo，大约0.1-10wt.%的Zr，大约0.1-10wt.%的Nb和大约0.1-10wt.%的Hf中的一种或多种。

在一些示例性配置中，在表面层中具有面心立方晶格的Co、Ni和/或Fe或其合金的晶格参数，与相应的金属或合金相比，可以高至少0.01%。在不限于理论的情况下，这可能是由于钨溶解在涂层中的结果。

在一些示例性配置中，表面层可低于约10-500MPa的剩余张应强度。这可以通过使用如M.Fitzpatrick、T.Fry、P.Holdway等人在2005年9月第2期的NPL Good Practice Guide No.52：通过X-射线衍射确定残余应力(Determination of Residual Stresses by X-ray Diffraction)一文中所描述的等倾角sin2ψ法的掠入射XRD方法来测量。

在一些示例性配置中，可以在表面层和物件核心区域之间存在中间层（或“夹层”），夹层具有0.5-40微米的厚度，并由WC颗粒和包含Co、Ni和/或Fe的粘合剂构成；夹层中的粘合剂含量与核心区域相比高至少5%。夹层中的粘合剂含量可以从涂层朝向核心区域逐渐下降。

在一些示例性配置中，表面层的刻痕断裂韧性可以比没有表面层的烧结碳化物物件高至少50%。

在一些示例性配置中，具有涂层的未研磨物件的横向断裂强度可以比没有涂层的未研磨物件高至少20%。

物件的烧结碳化物可以是烧结碳化钨。