[发明专利]硬质合金

说明书

技术领域

本发明涉及例如可以用于耐磨部件的硬质合金领域。可以在多种应用中使用这样的部件，例如用于钻地，挖掘，油和气的钻探，建设，石头、岩石、金属、木头和复合材料的切割，以及切削形成的机加工。

背景技术

烧结硬质合金，又被称作硬质合金，是硬质材料类，其包含金属碳化物和/或碳氮化物的硬质相以及包含一种或多种铁族金属的金属合金(metallic alloy)粘合剂，所述金属选自于周期表的IVa族至VIa族。硬质合金由粉末冶金法生产，该方法典型地包括以下步骤：碾磨，混合，压制和液相烧结。最常用的WC-Co硬质合金的烧结温度通常超过共晶温度的熔点，其为约1300℃到1320℃。用于另一类被称作金属陶瓷的硬质合金的烧结温度高于Ti-C-Ni-Mo体系的熔点(该熔点为约1280℃)，该硬质合金包含带有Ni-Mo-基粘合剂的TiC或TiCN。典型地，硬质合金的烧结温度高于1350℃，因而在烧结期间允许形成高份数的液相从而提高烧结产品的全密度。

术语“耐磨部件”理解为在应用中承受或旨在承受磨损应力的部件或组件。存在各种耐磨部件可承受的磨损应力，例如磨蚀、侵蚀、腐蚀和其它形式的化学磨损。耐磨部件可以包含任何多种材料，取决于磨损部件期望耐受的磨损的性质和强度，以及成本、尺寸和质量上的制约。例如，烧结碳化钨高度的耐磨蚀，但由于其高的密度和成本而典型地只能用作相对较小部件的主要成分，例如钻头插入件、凿子、切削头等。可以在挖掘体，钻头体，漏斗以及研磨材料的载体中使用的较大耐磨部件典型地由硬质钢制成，在某些应用中，该硬质钢与烧结硬质合金相比显著更经济。

美国专利申请No.2007/0092727教导了一种磨损部件，其包含金刚石晶粒，碳化物相例如为碳化钨以及金属合金，该金属合金具有低于1400℃、优选低于1200℃的液相线温度。教导了两种用于制作该耐磨部件的方法。在第一种方法中，使包含金刚石晶粒的中间制品与由选定的浸渗第一合金和选定的第二合金的源接触，将该源和中间制品的温度提高至高于浸渗合金的液相线，从而引起后者浸渗到中间制品的孔隙中。当第二合金的组分与中间制品金刚石反应时，形成碳化物。在更适合于制造较大耐磨部件的第二种方法中，使包含金刚石晶粒的中间材料与选自第一族的合金和选自第二族的合金一起在低于1200摄氏度(℃)的温度下进行热压制。在第二种方法中不需要浸渗。

举例来说，在美国专利No.5,660,939和英国专利No.2,167,088中教导了为核工业而开发的不锈钢合金，该合金包含铬、镍、硅和碳，但是肯定不包含一般不适用于放射性的环境中的钴。这些合金都是硬质并且抗腐蚀的。

在一系列专利中均公开了包含分散在硬质合金的基体内的未涂覆金刚石晶粒的材料，例如美国专利No.1,996,598、英国专利No.611,860,德国专利No.531,077和瑞典专利No.192,637。

在美国专利No.5,723,177中记载了一种金刚石晶粒作为硬质合金组分的用途，该金刚石晶粒涂覆有耐火金属碳化物、氮化物、氧化物、硼化物、硅化物或其组合的层。在金刚石晶粒上的这些涂层被认为能够抑制或阻止在烧结过程中金刚石的石墨化。然而，上述的美国专利仅公开了带有较高液相线温度的常规硬质合金，在该温度下，金刚石的石墨化或其它劣化得到提高或促进。因此，含有金刚石的硬质合金必须在没有液相形成的情况下进行烧结，即在低于约1300℃的温度下。与在大型炉子中的烧结硬质合金制品的较经济的常规分批方法相比，上述包含硬质合金的各制品必须分别通过轴向压制进行热压制，从而获得足够高的密度。因此，根据该专利的教导所生产的制品具有相对较高的生产成本。无液相烧结的另一缺点为，不能获得优化的显微组织以及完全消除材料中的残余孔隙。

另一描述含有涂覆金刚石晶粒的硬质合金的专利为日本专利No.2001040446。该对比文献公开了一种带有粘合剂的硬质合金，该粘合剂包含Fe族金属，同时其教导了烧结温度应该相对较低(接近1300℃)，从而避免粘合剂相的完全熔化。因此，不能获得该材料的最优化显微组织以及全密度。

存在许多对比资料公开了特征在于低温液相形成的含金刚石硬质合金。美国专利申请No.US2007/0092727公开了一种含金刚石硬质合金，该硬质合金包含碳化物相和粘合剂相，该粘合剂相包含液相线温度低于1400℃优选低于1200℃的金属或金属间合金。金刚石晶粒未被涂覆，使得金刚石晶粒甚至在相对较低的烧结温度下，在与含铁族金属的液态粘合剂接触时，倾向于石墨化。