[发明专利]金属陶瓷体和制造金属陶瓷体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有提高的硬度和提高的耐塑性变形性的TiC基金属陶瓷体。本发明还涉及制造这种金属陶瓷体的方法。

背景技术

如切削工具刀片等的烧结体通常由含有硬质合金或钛基碳化物或碳氮化物合金的材料制得。

钛基碳化物或碳氮化物合金通常被称为金属陶瓷，且含有一种或多种硬组分以及粘结相，所述硬组分例如为例如钨、钛、钽、铌等的碳化物或碳氮化物，所述粘结相使得可能获得在硬度和韧度方面的吸引人的性能。金属陶瓷可用于很多应用中，例如在金属切削工具中、在耐磨部件中等。可通过改变组成和晶粒大小来调整所述性能从而适应特定的应用。通过粉末冶金中常见的技术制得所述烧结体，所述常见的技术例如为研磨、造粒、压制和烧结。在金属陶瓷中的粘结相通常为Co、Fe或Ni或其混合物。

开发的第一种金属陶瓷材料是TiC基的。在八十年代，引入了碳氮化物基的金属陶瓷，并且从那时开发的大部分金属陶瓷材料是碳氮化物基的。

对于常规的硬质合金，即WC-Co基硬质合金，通过加入铬可以获得在烧结后的细颗粒。然而，当向碳氮化物基金属陶瓷中加入铬时，不能观察到或几乎不能观察到对于晶粒大小的效果。

CN 1865477A公开了TiC-WC基合金的导辊、阀芯或阀座，所述合金包含30-60重量％的TiC、15-55重量％的WC、0-3重量％的Ta、0-3重量％的Cr和10-30重量％的Co和Ni的粘结相。

US 7,217,390描述了通过机械化学合成制造超细TiC基金属陶瓷的方法，所述机械化学合成例如为高能球磨Ti的粉末、过渡金属(M)、Co和/或Ni粉末以及碳粉末。可选地，能够以碳化物形式加入Ti和过渡金属。过渡金属M可以是Mo、W、Nb、V或Cr中的至少一种元素。所述高能球磨将形成(Ti，M)C。

然而，高能球磨是一种复杂的工艺，并且将会有利的是能够使用常规技术提供细颗粒的TiC基金属陶瓷。

在常规的TiC基金属陶瓷中，大量的TiC溶解，并且形成新的Ti-W-C晶粒，这导致不受控制的Ti-W-C晶粒生长和不均匀的晶粒大小以及性能例如硬度的劣化。

已知第V族元素例如Nb、Ta和V及其碳化物是硬质合金的晶粒生长抑制剂。然而，向Ti(C，N)基金属陶瓷中加入例如NbC不会降低晶粒大小，原因是在所述合金中的TiN的量是在这些合金中的主要参数。向这些金属陶瓷中加入第V族元素例如Nb、Ta和V及其碳化物增加了围绕所述Ti(C，N)晶粒的较软边缘的形成，导致不利的硬度降低。

向金属陶瓷中加入第V族元素的碳化物，例如NbC导致热硬度的增加以及在较高切削温度下的塑性变形性的改进，然而其也降低在较低切削温度下的耐磨性。

然而，本发明通过如下方式降低了总的晶粒大小：使具有小于起始材料晶粒大小的新核成核(并且边缘具有与所述新核相同的组成)，保持硬度不变。

发明内容

本发明的一个目的是提供烧结的金属陶瓷体，其具有改进的耐塑性变形性。

本发明的又一目的是提供烧结的金属陶瓷体，其具有小的晶粒大小和(Ti，W，M_x)C晶粒(其中M_x是第V族元素)的更窄的晶粒大小分布。

本发明的又一目的是提供制造具有如上所公开的优点的烧结的金属陶瓷体的方法。

本发明的又一目的是提供烧结的金属陶瓷，其包含Nb，且在保持的粘结相含量下硬度不降低。

现在已经发现可以通过如下方法实现如上优点：提供TiC基金属陶瓷体，其包含Cr，和至少一种来自元素周期表第V族的元素，和具有如下结构，该结构具有未溶的TiC核，和具有(Ti，W，M_x)C合金的成核晶粒，其中M_x是V、Nb或Ta中的一种或多种。总的晶粒大小通过如下方式降低：使具有小于起始材料晶粒大小的新核成核(并且边缘具有与所述新核相同的组成)，保持硬度不变。

附图说明

图1显示了根据本发明的烧结样品的显微结构的示意图。黑色区域(A)代表具有周围边缘的未溶的TiC核，白色区域(B)代表新形成的(Ti，W，M_x)C晶粒，和深灰色区域(C)代表粘结相Co(Cr)。

图2显示了实施例1中的发明1的显微结构的反向散射SEM图。黑色区域代表未溶的TiC核，白色区域代表新形成的(Ti，W，M_x)C晶粒，和深灰色区域代表粘结相Co(Cr)。