[发明专利]切削装置用碳化物材料及相关制造方法

说明书

本发明涉及一种切削装置用碳化物材料及相关制造方法。具体地，提供了一种碳化物材料(34)，其包含60至85重量％的碳化钨、10至25重量％的钛碳化物，优选0.5至20重量％的含Fe的金属基体以及任选金属Co或Ni中的至少一种或两种。还提供了一种包括含铁基材和这样的碳化物材料的装置，以及制造该装置的方法，所述方法包括混合包含碳、钨和清除剂材料如钛的粉末，邻近含铁基材(10)放置混合的粉末，将能量源(31)撞击到粉末状材料上以产生由粉末和基材的材料形成的熔池(32)，并使熔池凝固成以形成基本不含(W，Fe)₆C和(W，Fe)₁₂C型的铁钨碳化物的碳化物材料(34)。

技术领域

本发明涉及一种用于沉积在含铁基物(base)上的碳化物材料及这样的碳化物材料的制造方法。

背景技术

对于用作涂层的碳化物材料，通常希望获得高的硬度值，并且一种常见的材料是钴或镍的金属基体中的碳化钨，因为即使在高温和高冲击条件下，它也能提供最佳的硬度和韧性。

可以使用增材制造工艺来沉积碳化物材料，在该工艺中，粉末或线材材料会被高能量集中的热源(如激光或电子束)熔化或烧结。

使用增材制造技术将碳化钨沉积到含铁基物上的已知问题是形成高脆性的铁-钨碳化物(W，Fe)₆C和(W，Fe)₁₂C，它增加材料的脆性。因此，迄今为止，通过增材制造方法将碳化钨沉积到含铁基物上可获得的材料韧性一直受到限制。这阻碍了增材制造方法用于在含铁基物上生产碳化钨沉积物，所述碳化钨沉积物可在高冲击条件下运行，例如在金属切削工具或旋转刀片边缘中。

为了增加硬度而对材料组成进行的调整可引起其他问题，特别是增加材料的脆性并因此增加断裂率。因此，迄今为止，在仍提供适合切削的材料时，碳化钨材料可获得的硬度一直是有限的。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种碳化物材料，其包含60至85重量％的碳化钨，10至25重量％的钛碳化物。

碳化物材料可以进一步包含0.5至20重量％的含有铁的金属基体。

金属基体可以在4.5至20重量％的范围内，特别是在将另一金属例如Co或Ni中的至少一种纳入金属基体中的情况下。因此，金属基体可优选包含Fe，以及金属Co或Ni中的至少一种或两种。

对于优选的组合物，金属基体可优选包含Co和Fe。

钛碳化物可以仅由TiC组成，或可以包含TiC和(Ti，W)C的组合，即碳化钛和钛钨碳化物。

碳化物材料可进一步包含0.5至8重量％范围内的附加化合物，所述附加化合物为TaC、VC、NbC、HfC、ZrC、Cr₃C₂和Cr₇C₃中的一种或多种。这些附加化合物改善了材料中晶粒的性能。

添加钽是特别优选的，因为它有助于消除材料从熔化状态凝固过程中的裂纹。

优选地，材料内的球形碳化物例如(Ti，W)C和WC具有直径为1至5μm的晶粒尺寸。

根据本发明的另一方面，提供了一种装置，该装置包含含铁基材，例如钢基材，以及形成在该基材的至少一部分上的如上所述的碳化物材料。

该装置可以是任何包含含铁基材的装置，其需要添加碳化物材料作为层或边缘，例如切削装置如线性边缘刀片、圆形刀片、锯、钻、钻头或任何包含钢基材的工具或机器，例如车床和铣床、以及医疗器械、医疗植入物、涡轮叶片、发动机零件、电子部件,其中在所述钢基材上设置有用于切削目的的碳化物材料。

碳化物材料优选地形成在含铁基材的上表面上并且可以沿着含铁基材的边缘形成。