[发明专利]包含硬质陶瓷相以及CU-NI-MN熔渗合金的复合材料

说明书

发明领域

本发明涉及复合材料，这些复合材料包含熔渗有金属合金的一种 硬质陶瓷相，并且更具体地涉及一种Cu-Ni-Mn熔渗合金的使用，该 熔渗合金可经受热处理并且显示了改进的性能。

背景资料

熔渗合金与硬质陶瓷(如WC或铸造碳化物)一起用在钻头应用 中。为了制造这种复合材料，在一个模具中装满陶瓷粉末与熔渗合金 粉末的混合物，加热到该熔渗合金的液相温度之上，然后进行冷却以 获得一种复合材料。美国专利号5,589,268、5,733,649以及5,733,664 中披露了含有这种复合材料的刀具的实例，它们通过引用被结合在此。

常规的熔渗合金包含铜、锰、镍以及锡。当这种Cu-Mn-Ni-Sn合 金被用在焊接到钻头的钢质杆上的复合材料中时，在复合材料与钢质 杆之间的界面处倾向于发生扭断类型的失效。

另一种常规的熔渗合金包含铜、锰、镍以及锌。使用这种 Cu-Mn-Ni-Zn熔渗合金可以减少或消除以上指出的扭断失效，但是也 可能引起抗腐蚀性的降低。

存在对包含一种熔渗合金的复合材料的需要，该熔渗合金具有提 高了的腐蚀性能以及韧性。

发明概述

本发明提供了包含一种硬质陶瓷相以及一种Cu基熔渗合金的复 合材料。该硬质陶瓷相可以包括碳化物类、硼化物类、氮化物类以及 氧化物类。合适的碳化物类包括碳化钨、碳化钽、碳化铌、碳化钼、 碳化铬、碳化钒、碳化锆、碳化铪、碳化钛钡以及铸造的碳化物类。 可以使用硼化物类，如二硼化钛以及其他难熔金属的硼化物。

Cu基熔渗合金是含有Ni和Mn的一种可热处理合金。在某些实 施方案中，熔渗合金基本上不含Sn和Zn。复合材料可以经过热处理 以提高其机械性能。例如，熔渗合金的成分可以选择为使得在升高的 温度下对该复合材料进行固溶处理以及老化处理之后提高了其硬度、 耐磨损性、韧性和/或横向断裂强度。这些复合材料适合用于切削刀具 等。

本发明的一方面是提供包含一种硬质陶瓷相、以及一种热处理的 金属相的一种复合材料，该热处理的金属相包括含有Ni和Mn的一种 Cu基熔渗合金。

本发明的另一方面是提供制造复合材料的一种方法，该方法包括 将一种合金熔渗到硬质陶瓷颗粒中，其中该熔渗合金是基本上由Cu、 Ni以及Mn组成的一种可热处理的合金。

本发明的再一个方面是提供一种复合材料进行热处理的一种方 法，该方法提供了包含一种硬质陶瓷相以及含有Cu、Ni和Mn的一 种熔渗合金的一种复合材料，然后对该复合材料进行热处理。

本发明的这些以及其他方面将在下面的说明中变得更清楚。

附图简要说明

图1是包括本发明的复合材料的一个切削刀头的等角视图。

图2示意地展示了用于固结根据本发明的一个实施方案的复合材 料的一个固定器。

图3是展示了形成一种复合材料并对其热处理的方法的流程图， 该复合材料包含根据本发明的一个实施方案的一种硬质陶瓷相以及一 种Cu-Ni-Mn熔渗合金。

详细说明

提供了包含一种硬质陶瓷相以及一种Cu基熔渗合金的一种复合 材料。该熔渗合金是一种Cu-Ni-Mn合金，该Cu-Ni-Mn合金能够经 过热处理以提高该复合材料的性能。经热处理的Cu-Ni-Mn合金可以 基本上不含Sn和Zn。该复合材料对于诸如切削刀具的用途是有用的。

图1是一个切削刀头5的等角视图，该切削刀头包括由本发明的 一种复合材料制成的一个切削头部6，该复合材料包含一种硬质陶瓷 相以及一种热处理的Cu-Ni-Mn熔渗合金。离散的金刚石组分7可以 被粘接在切削头部6向前的表面上。

适合于根据本发明的用途的硬质陶瓷材料包括碳化物类、硼化物 类、氮化物类以及氧化物类。用作硬质陶瓷相的合适的碳化物类包括 碳化钨、碳化钽、碳化铌、碳化钼、碳化铬、碳化钒、碳化锆、碳化 铪、碳化钛以及铸造的碳化物类。合适的硼化物类包括二硼化钛以及 其他难熔金属的硼化物。碳化钨(例如，以烧结渗碳粗晶碳化钨颗粒 的形式)作为硬质陶瓷相可能是特别合适的。