[发明专利]过渡金属内含钨碳化物、钨碳化物分散超硬合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种过渡金属内含钨碳化物、钨碳化物分散超硬合金及其制备方法，例如，适于制备超硬合金的钨碳化物、利用该钨碳化物的超硬合金及其制备方法。

背景技术

钨具有熔点高，弹性模量高的特点，因此广泛利用于灯丝材料或钨碳化物(WC)的原料。然而，其资源的绝大部分来自中国，而随着中国国内需求的激增，其价格在暴涨。为了开发出节约钨资源的材料，需用过度金属代替一部分钨。

但是，钨由于其熔点高，很难利用熔融进行制备。而且，为了赋予其形状利用粉末冶金技术，通过钨粉末和过渡金属元素的混合元素法是无法形成合金的。而且，用于制备合金粉末的喷散法(atomize)也难以适用。

另外，已知利用金属盐和金属氢氧化物的共沉淀法制备钨合金粉末的方法。(专利文献1、专利文献2)

专利文献1：日本专利公开公报特表2002-527626号

专利文献2：美国专利第4913731号说明书

然而，专利文献1、专利文献2所记载的制备方法，由于共沉淀步骤，合金粉末中除了钨相以及过渡金属元素合金钨相以外，还存在过渡金属元素相，没有足够地得到合金化。

另一方面，高硬度钨碳化物(WC)与钴(Co)结合而成的超硬合金，用于切削工具或者金属模等，支撑着汽车产业。然而，如上所述，钨资源的绝大部分来自中国，而随着中国国内需求的激增，其价格在暴涨。为了维持日本的各种产业活动，必须要减少暴涨的钨使用量，并且要继续自给超硬合金。

发明内容

本发明鉴于上述问题而作，其目的在于提供一种使用钨合金粉末制备的作为超硬合金原料的钨碳化物以及利用该钨碳化物的超硬合金。

为了实现上述目的，本发明的发明人经研究发现，只要在水溶液中使钨离子和过渡金属离子的离子水平均一，并且进行蒸干或者喷雾干燥，然后使其热解，进行热氢还原得到钨粉末，就能够制备过渡金属元素完全强制固溶的钨合金粉末，而且利用该合金粉末制备的钨碳化物以及超硬合金可以替代以往的钨粉末，能够以低廉的原料提供与以往超硬合金匹配的超硬合金。

本发明的过渡金属内含钨碳化物，对选自钴、铁、镍以及锰群的至少一种过渡金属元素固溶于钨晶格中而成，X线衍射图形中能够观察到bcc钨相峰值，表示为式(2)：M-W(M表示Co、Fe、Ni、Mn中的一种以上)的过渡金属固溶钨合金粉末进行碳化而成，表示为式(1)：M-W-C(M表示Co、Fe、Ni、Mn中的一种以上)。

本发明中使用的表示为式(2)的过渡金属固溶钨合金粉末，选自钴、铁、镍以及锰群的至少一种过渡金属元素固溶于钨晶格中而成，X线衍射图形中能够观察到bcc钨相峰值，钨晶界中实质上不存在过渡金属元素或者其金属化合物。因此，可以替代钨粉末。在此，过渡金属未满钨合金粉末的0.3重量％，则无法得到节约资源的效果，相反超过20.8重量％，则在钨晶界中析出第2相，无法成为过渡金属元素固溶(强制固溶)的钨合金粉末。钨合金粉末中，钴置换到钨的晶格位置上，因而其可成为钨的代替元素。镍，具有与钴相类似的功能，而价格却比钴更低廉。铁以及锰，可以增强钨粉末的强度，而且价格低廉。

对钨的过渡金属固溶量，可以达到钨的同等量摩尔。作为固溶元素，优选钴以及铁，而选择钴时，对60～90mol％的钨，40～10mol％的钴为适量。其他过渡金属也与其相同。

钴的一部分，可以与选自铁、镍以及锰群的一种以上过度金属进行置换，从而能够获得复合过渡金属固溶钨粉末。