[发明专利]制备过渡金属碳化物、铁族金属或其混合物的可压制粉末的方法

说明书

本发明涉及过渡金属碳化物、铁族金属或其混合物的可压制粉末。特别地，本发明涉及与Co混合的WC的可压制粉末。

通常，烧结碳化钨部件由与有机粘结剂例如蜡混合的WC和Co的粉末经随后的压制和烧结来制备。加入该粘结剂有助于例如由该粉末制成的部件的流动性和粘结性。为了确保获得均匀的混合物，WC、Co和粘结剂一般在液体中混合(例如球磨或碾磨)。所述液体通常是可燃溶剂，例如庚烷，以便降低例如在水或空气中混合时WC脱碳和WC和Co吸收氧的倾向性。因为WC的脱碳和过多氧的引入造成在烧结碳化物中形成通常引起强度降低的所不希望的相，所以必须避免。

令人遗憾地，可燃溶剂的使用需要许多安全、环境和健康方面的防护措施，从而导致制备可压制粉末需要非常高的成本。为了避免一些这样的问题，直径大于约1微米的WC颗粒与钴和粘结剂在水中混合或球磨(US专利号4,070,184；4,397,889；4,478,888；4,886,638；4,902,471；5,007,957和5,045,277)。几乎所有的这些方法需要WC粉末仅与有机粘结剂混合，并随后加热该混合物直至在水中与Co球磨之前粘结剂熔化并涂覆所有的WC颗粒。

小的WC颗粒(例如直径小于0.5微米)现已被用于提高烧结碳化钨部件的强度和硬度。然而，因为WC粉末的比表面积(平方米/克)增大，所以避免氧吸收变得更困难。因此，使用这些小颗粒往往导致需要更长的研磨时间以确保WC和Co均匀混合，从而加重氧吸收问题。因为这些问题，这些细粉末通常总是在溶剂例如庚烷中加工。

因此，希望提供一种制备可压制粉末的方法，该方法避免了现有技术中的一个或多个问题，例如一或多个上述那些问题。

本发明第一方面是制备可压制粉末的方法，该方法包括在基本上脱氧的水中使选自过渡金属碳化物和过渡金属的第一粉末和选自(ⅰ)由过渡金属碳化物、过渡金属或它们的混合组成的第二粉末；(ⅱ)有机粘结剂和(ⅲ)它们的混合物的附加组分混合，并干燥该已混合的混合物以形成可压制粉末，其中第二粉末在化学上不同于第一粉末。这里，化学上的不同是指第一粉末具有不同的化学性质。示例性的实例包括混合物(1)WC和W，(2)WC和Co，(3)WC和VC，(4)WC和W₂C，(5)WC和Cr₃C₂和(6)Co和Ni。

本发明的第二方面是通过第一方面的方法制备的可压制粉末。本发明的最后一方面是由第二方面的可压制粉末制备的致密体。

令人惊奇地，已经发现通过在基本上脱氧水中、过渡金属碳化物(例如WC)、过渡金属(例如Ni、Co和Fe)以及它们的混合物可以长时间进行混合，但不会比例如在庚烷中混合时吸收更多的氧。因此，本发明的致密成型部件具有与由在庚烷中混合获得的粉末制备的部件相同的性能，而无需任何进一步的加工和处理(例如在WC-Co体系中加入碳)。这点甚至在使用亚微米WC粉末、Co或它们混合物时也得以证实。

该方法包括使第一粉末与附加组分在基本上脱氧的水中混合。在实施该方法中，关键在于水是基本上脱氧的，这样避免在研磨期间吸收氧。这里，基本上脱氧的水表示水中溶解的氧量至多是约2.0毫克/升(mg/L)。优选溶解氧的量至多是约1毫克/升，更优选至多是约0.5毫克/升，更优选至多是约0.1毫克/升和最优选至多是约0.05毫克/升。同样适合的溶解氧含量是溶解的氧含量低于Corning 312型溶解氧检测仪(Corning Model 312 Dissolved Oxygen Meter)的检测极限(Corning Inc.,Scientific Div.,Corning,NY)。

水通常在混合之前通过(ⅰ)加入脱氧混合物，(ⅱ)使基本上无氧的气体鼓泡通过水或(ⅲ)它们相结合来脱氧。优选水通过使基本上无氧的气体鼓泡通过水来脱氧，这样使脱氧化合物例如可能对由可压制粉末制备的成型部件的致密化的不利影响降低至最低。适合气体的实例包括氮、氢、氦、氖、氩、氪、氙、氡或它们的混合物。更优选气体是氩或氮。最优选气体是氮气。如果使用，有效的脱氧化合物的实例包括那些描述在US专利号4,269,717；5,384,050；5,512,243和5,167,835中描述的，这些专利在此引入以供参考。优选的脱氧化合物包括肼和碳酰肼(以商标ELIMIN-OX获得，Nalco Chemical Company，Naperville，IL)。