[发明专利]烧结体硼化的方法和用于冷成型操作的工具及具有硼化烧结体的中空耐磨零件

说明书

耐磨烧结体(12，70)由无粘结相碳化物、金属陶瓷或硬质合金例如WC、W2C和/或η相制成，具有小于6.0μm的晶粒尺寸和小于6％的粘结相(例如Co‑Ni‑Fe)。用产硼方法对所述烧结体(12，70)的至少一些工作面(42，86)进行表面处理(130)，所述产硼方法包括施加(132)具有硼或铝含量的低粘度液体介质，并且在低于大气压的压力下或含氢气的气氛下在1200℃至1450℃下加热(134)以形成处理过的工作面(42，86)的硬度增加至少50至200HV5的硬度梯度以及使得所述硼化烧结体的工作面更坚韧的在表面区域中的有利的压缩应力。

技术领域和工业实用性

本公开内容总体上涉及无粘结相碳化物(BC)、金属陶瓷或硬质合金(CC)的耐磨烧结体，其中所述烧结体主要由具有超细晶粒尺寸和低粘结相含量的硬质相组成。对烧结体进行硼处理以在主体的特定体积中获得功能梯度特性。烧结体的功能梯度特性增加了硬度，在表面中产生了有利的压缩应力，并且改善了烧结体的抗侵蚀性和耐磨性。本公开内容还涉及对耐磨烧结体进行硼处理以在主体的特定体积中获得功能梯度特性的方法。

背景技术

在下面的讨论中，参考了特定结构和/或方法。然而，以下参考不应被解释为承认这些结构和/或方法构成现有技术。申请人明确保留了证明此类结构和/或方法不具有本发明现有技术的资格的权利。

硬质合金、金属陶瓷和无粘结相碳化物用于要求高硬度和高耐磨性的应用中。这些硬质材料的典型应用包括密封件、轴承、冷镦模具、研磨液喷嘴和冷成型工具(例如拉丝模具)。先前已经描述了几种对硬质合金(CC)表面进行硼化的方法，所述方法包括：用具有硼材料、活化剂和填料的组成的糊料覆盖硬质合金表面以维持硼化的表面；在压实硬质合金粉末的烧结期间在硬质合金的微结构中形成和分布一种η相(包含钨(W)、硼(B)、碳(C)、钴(Co)和/或镍(Ni)的第三四元相)；以及通过使用含硼气体或产硼材料与填料一起在硬质合金基底上形成硼化物层。与硬质合金材料和用硼化处理来制造此类硬质合金材料的方法相关的信息可以在美国专利号6,464,748；美国专利号5,948,523；和美国专利申请公开号2015/0307980中找到，所述专利中每一者的公开内容以引用方式并入本文。

然而，尽管目前对硼化有所了解，但是由于应用现有硼化技术(诸如硼糊料)的困难，以及在小直径(特别是1-2mm以下的直径)的开口、通道或孔中获得有效硼扩散反应的能力，对拉模、喷嘴的磨损表面和其它小尺寸或难以接近的表面进行硼化仍存在问题。

发明内容

总体而言，本公开内容涉及一种耐磨烧结体(例如，拉模模坯(nib)或喷嘴)。所述烧结体由无粘结相碳化物、金属陶瓷或硬质合金制成，主要具有晶粒尺寸超细且粘结相含量低的硬质相。所述烧结体包含晶粒尺寸小于6.0μm的WC和/或W2C和/或η相。在一些实施方式中，所述烧结体包含少于6％的粘结相(例如，Co-Ni-Fe)。所述烧结体包含用产硼方法(即硼化)处理的表面，所述方法包括具有例如氮化硼和表面活性剂的低粘度液体介质。所述液体介质的粘度足以以受控的方式施加足够的硼化剂，同时还能够施加到用常规手段难以到达的区域(例如，施加到孔直径低至0.2mm以下的、拉模模坯的孔表面或用于水射流切割设备的喷嘴的内径表面上)。所述产硼方法包括在施加低粘度液体介质之后的高温热处理。硼化表面形成硬度增加至少50至200HV5(或至少100至150HV5)的硬度梯度、以及在表面区域中的有利的压缩应力，这使得硼化的拉模或喷嘴的内径表面更坚韧。