[发明专利]用硼处理过的硬质合金

说明书

本申请是美国专利申请№.07/211197(申请日1988年6月29日)的后续申请，后者又是美国专利申请№.07/167000(申请日1988年3月11日)的后续申请。

本发明涉及烧结碳化物坯体，特别是用硼处理过的烧结碳化物坯体。

切削和钻削行业不断地对切削工具提出更高的要求，要求切削工具保持锋利的韧口并具有更长的使用寿命。普通的镶有烧结碳化物韧口的切削工具是由碳化钨(WC)和钴(Co)的混合物构成的，其中碳化钨是作为硬质合金相，钴作为粘结相。WC与Co的粉末被烧结形成WC/Co烧结碳化物坯体。在本技术领域中已经知道，对这种简单的WC/Co坯体已进行了许多改进以提高其适应各种用途的性能。通常，在脆性和硬度之间存在一种对立的关系。如果选定一种较硬的合金以便更好地切削并保持锋利的韧口，那么它就会更脆，因而比不如它硬的材料更快地发生脆性断裂。

为了避免在提高硬度的同时增加脆性，有人提出了向碳化物坯体上施加一层薄的硼表面涂层或覆层。可以采用热喷涂、物理蒸汽沉积、化学蒸气沉积以及其它已知的方法来涂覆上述表面涂层或覆层。此外，使硼扩散进入烧结碳化物坯体表面、形成一层薄而硬的覆层的方法也是已知的。

在WC/Co或其它碳化物坯体上形成硼化物涂层或覆层的所有方法所固有的一个主要问题是，一旦这一薄层被磨损掉，硬度和其它改进了的性能也就失去，工具就不再能另人满意地使用了。如果先将经过涂覆的锯齿钎接到锯条上，然后在原位上磨韧，那么覆层或表面涂层可能会由于初次磨韧而失去。而在随后的磨韧过程中，该涂层几乎肯定会使去。此外还有一些其它问题，这些问题是，该覆层的热膨胀及其它特性不同于基体，因此在使用过程中可能会与基体分离。此外，带有覆层或涂层的部件的钎接也是困难的。

本发明提供了一种烧结碳化物，它具有比现有技术更好的切削韧口并且更经久耐磨，同时不会发生上述已往技术中所遇到的涂层或覆层的问题或增加脆性的问题。

使人意想不到的是，本发明可以将硼施加到WC/Co或其它烧结碳化物坯体中达到较大的深度而不增加脆性。

事实上，按本发明施加硼时，大部分标准量度例如硬度、矫顽力等几乎没有变化，使人以为，与一般的WC/Co坯体相比，它们并未得到显著的改善。但是，按照本发明制造的WC/Co或其它碳化物坯体的现场使用性能比普通的WC/Co工具确有显著进步。这种进步据推测是由于几种因素产生的。

本发明的最近分析表明，硼引起第三相的生成。这种第三相似乎起到了另一粘结相的作用，它含有钴、少量的硼和碳、以及远比一般粘结相要多的钨。据推测，这第三相使材料获得改善主要是由于提高了材料的断裂韧性，从而使裂纹难以扩展贯穿整个材料造成断裂。抗腐蚀性看来也得到了改善。此外，得到改善的显微组织可以被磨成比现有技术更锐利的韧口。

因此，本发明的目的是提供一种适用于切削、钻孔、磨削等的改进了的硼强化的碳化物工具。

本发明的另一个目的是，提供一种将硼深深地加入到WC/Co或其它烧结碳化物坯体结构中的方法。

本发明的第三个目的是，提供一种改进的烧结碳化物坯体，它可以被韧磨、再韧磨并重复使用而不丧失其原有性能。

本发明的第四个目的是，提供一种具有改善的抗蚀性的烧结碳化物坯体。

本发明的第五个目的是，提供一种具有改善的断裂韧性的烧结碳化物坯体。

本发明的第六个目的是，提供一种带有碳化物相、粘结相和第三相的烧结碳化物坯体，第三相含有粘结材料和硼。

本发明的第七个目的是，提供一种具有碳化物相、粘结相和第三相的烧结碳化物坯体，其中，碳化物相含有碳化物形成元素和碳，第三相含有粘结材料、硼和至少40％(重量)的碳化物形成元素。

本发明的第八个目的是，提供一种有碳化物相、粘结相以及提高硬度而不损害硬度的第三相的烧结碳化物坯体。

读了下面的说明会进一步理解这些改进以及其它的改进。

图1是未经处理的(作为对比物)超细颗粒(微粒)94、5％WC、5.5％Co坯体的抛光截面的200×显微照片，该坯体是在氨分解气氛中烧结的，其抛光面经过标准酸腐蚀剂处理。

图2是按本发明制备的超细颗粒94.5％WC、5.5％Co坯体的100×显微照片，该坯体是在被含2.5％(重量)氮化硼(BN)的烧结砂所包围的氨分解气氛中烧结的，其抛光面已经用酸腐蚀剂处理过。