[发明专利]包括含钴－镍－铁粘结剂的金属陶瓷的细长旋转工具

说明书

                              背景

本发明涉及例如钻头、立铣刀、丝锥、三角凿、锥口钻、滚铣刀或铰刀之类的细长旋转工具，此类工具在一端包含一个用以同机床固定(例如：通过卡盘)的刀柄，在另一端包含一个细长的刀体，刀体选择性地开有凹槽。该细长刀体可包含多个切削刃，例如在第一个后刀面与前刀面连接处的第一切削刃，它有时形式并过渡到容屑槽的至少一部分，和在第二后刀面与前刀面的连接处的第二切削刃，它从第一个切削刃经它们共有的棱延伸而成。该细长的旋转工具用于对工件材料进行机械加工。例如，对于钻头这样的细长旋转工具，其典型用途是在工件材料上钻通孔和盲孔，例如对于立铣刀这样的细长旋转工具，其典型用途是铣削工件材料。

大多数情况下当工具由金属陶瓷制成时，细长旋转工具包含碳化钨金属陶瓷(WC-金属陶瓷)，也称作钴结碳化钨硬质合金或WC-Co，此处，钴粘结剂(Co-粘结剂)将碳化钨颗粒粘合在一起。尽管WC-金属陶瓷作为细长旋转工具已取得良好的效果，但仍存在一些不足之处。

一个不足之处是高达约45％的世界主要钴产量来自于政治不稳定地区(如过去十年中经历过武装革命或和平革命以及仍将会经受进一步革命的政治地区)。每年世界主要钴市场的约15％用于制造包括WC-金属陶瓷在内的硬质材料，每年世界主要钴市场的约26％用于制造开发先进飞行器涡轮发动机用超级合金，这就是钴被称作战略材料的原因之一。以上因素不仅使得钴的价格昂贵，也使得钴的价格处于不稳定的波动之中。因此，钴价较贵，进而提高了WC-金属陶瓷细长旋转工具的成本。细长旋转工具成本的这种升高是在细长旋转工具中使用Co-粘结剂所造成的不令人满意的结果。所以，有必要降低金属陶瓷的粘结剂中的钴含量。

另外，由于上述主要产地的钴储藏量最大，因此，有可能因任一原因造成钴的供应中断。当然，钴的这种不可得到性是不希望发生的。

细长旋转工具可能会在腐蚀性环境中工作，虽然含Co-粘结剂的WC-金属陶瓷足以应付这种腐蚀环境，仍存在着开发出这样一种细长旋转工具的需要：它能在不损失任何切削性能的同时，具有更好的耐蚀性。

尽管含Co-粘结剂的WC-金属陶瓷用于细长旋转工具已取得成功的应用，但仍然需要提供一种不存在诸如成本高且可能中断供应等缺点的细长旋转工具，而正如上文所述，这些缺点是与钴的使用密不可分的。也需要开发出一种在腐蚀性环境中使用的细长旋转工具，它能在不损失任何含Co-粘结剂的WC-金属陶瓷的切削性能的同时，具有更好的耐蚀性。

                          简述

已发现一种改进的金属陶瓷，它包含一种钴-镍-铁粘结剂(Co-Ni-Fe粘结剂)，该粘结剂具有意想不到的、超过现有技术的机械性能和物理性能。该发现是令人惊奇的，因为该Co-Ni-Fe粘结剂所包含的成分与现有技术的说法相反。更具体地说，本发明的用于细长旋转工具的金属陶瓷包含约0.2重量％～约19重量％的Co-Ni-Fe粘结剂(更典型的范围包含约5重量％～约16重量％，更窄的典型范围包含约8重量％～约12重量％)和约81重量％～约99.8重量％的硬质组元。该硬质组元包含至少一种硼化物、碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物、硅化物，它们的混合物、它们的固溶体和上述的组合。优选地，该硬质组元包含碳化物和碳氮化物中至少一种，例如，碳化钨和/或碳氮化钛之类，任选地还有其它的碳化物(如TaC，NbC，TiC，VC，Mo₂C，Cr₃C₂)以简单的碳化物和/或以固溶体形式存在。

细长旋转工具由上述成分组成，它用于切削加工材料，比如木材、金属、聚合物、陶瓷制品以及包含一种或多种金属、聚合物和陶瓷的复合材料。按照本发明的细长旋转工具包括前刀面以及选择性的一个在切削加工过程中形成的切屑可流出的排屑槽。在前刀面与第一个后刀面的连接处形成第一个切削刃，而在前刀面与第二个后刀面的连接处形成第二个切削刃。当工具的细长刀体旋转着接触工件材料时，上述第一个和第二个切削刃用于切入工件材料。随细长旋转工具种类的不同(例如，钻头与立铣刀)，第一切削刃可能完成材料切削的大部分任务，而第二切削刃则完成较少量的材料切削，反

即使缺少任何未在本文中具体公开的环节、步骤、组元或成分，本文中描述的本发明也可得以适当的实施。

                           附图简述

参考下列描述、附后的权利要求以及附图，可更好地理解本发明的这些和其它特点、方面及优点。附图中：