[发明专利]含有代用粘结剂的硬质合金

说明书

本发明涉及一种包括硬质合金基体的切割工具，所述基体包含WC、γ相以及粘结相，所述基体具有γ相贫化的粘结相富集的表面区域，其中在微观结构中不存在石墨和η相并且其中所述粘结相是高熵合金。

技术领域

本发明涉及一种切割工具和一种制造切割工具的方法，所述切割工具包括硬质合金基体，其中粘结相是高熵合金。

背景技术

自四十年代以来，具有钴粘结剂的基于WC的硬质合金一直是本领域已知的。被称为硬质合金中的粘结剂金属的其它金属是铁和镍，然而，钴是最常用的。

由于钴的环境和健康影响，因此正在努力寻找钴的替代物。然而，替换钴或限制钴的量而不以负面方式影响材料特性是不容易的。对于切割工具，基体特性对工具的总体性能是重要的，并且即使是小的组成变化也可对性能产生不利的影响。

用于切割工具中的一种类型的基体是梯度烧结基体。这意味着它们包括γ相贫化的粘结剂富集的表面区域，而本体含有γ相。当替换这种基体的粘结相时，梯度区不会以与在Co是粘结相时的情况下相同的可预测的方式形成。在一些情况下，不形成表面区域，并且在其它情况下，表面区域变得过大。

因此，本发明的目的是实现含有代用粘结相的具有γ相贫化的粘结剂富集表面区域的硬质合金。

本发明的目的还在于能够使用常规的原料制造含有代用粘结相的硬质合金，即不被迫使用超纯原料，即使用用于形成高熵合金的元素的碳化物或金属粉末。

发明内容

本发明涉及一种切割工具，所述切割工具包含硬质合金基体，其中所述基体包含WC、γ相以及粘结相。所述基体具有γ相贫化的粘结相富集的表面区域，其中在所述基体的微观结构中不存在石墨和η相。此外，所述粘结相是高熵合金。

高熵合金(HEA)是包含至少4种金属元素的合金，其中每种元素的量是5原子％至35原子％，即没有元素占主导地位。

在本发明的一个实施方式中，所述高熵合金的元素中的至少一种选自Cr、Fe、Ni以及Co。

在本发明的另一个实施方式中，所述高熵合金的元素中的至少两种选自Cr、Fe、Ni以及Co。

在本发明的一个实施方式中，所述高熵合金中的元素选自W、Co、Cr、Cu、Fe、Ni、Ti、Al、V、Zr、Mo以及Mn，优选地选自Co、Cr、Cu、W、Fe、Ni、Mo以及Mn。

在本发明的一个实施方式中，所述高熵合金包含Co、Cr、Fe以及Ni。

在本发明的一个实施方式中，所述高熵合金包含Co、Cr、Cu、Fe以及Ni。

在本发明的一个实施方式中，粘结相的平均量适当地是整个烧结刀片的3原子％至30原子％，优选地4原子％至25原子％。

对于现有技术材料，描述粘结相(即通常是钴)的量的最常见的方式是按重量计。然而，由于如上文所述的高熵合金中的元素具有大的摩尔重量变化，因此难以给出重量分数。因此，当替换Co时高熵合金粘结相的合适的量可以通过针对粘结相的原子分数而不是重量分数的相应量来确定。

在一些情况下，所述高熵合金粘结相可以含有更少量或更大量的将在烧结期间溶解到粘结相中的其它元素。这些元素的确切量是由具体元素在具体高熵合金中的溶解度决定的。这些元素的实例是氧、碳以及氮，它们源自于其它原料。

硬质合金包含大量的WC并且钨也将溶解到粘结相中。溶解到粘结相中的钨的确切量取决于钨在具体高熵合金中的溶解度。在一些情况下，粘结剂上钨的量将超过粘结剂的5原子％，即钨将是构成高熵合金的至少4种元素之一，并且在一些情况下，粘结相中钨的量将显著更少。