專利名稱：燒結(jié)碳化物及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含平均晶粒尺寸低于0. 3微米的碳化鎢(WC)晶粒的燒結(jié)碳化物，以及制備該燒結(jié)碳化物的方法。
背景技術(shù)：
燒結(jié)碳化物工業(yè)的普遍趨勢為生產(chǎn)WC平均晶粒尺寸盡可能低的WC-Co材料，特別是具有納米材料(晶粒尺寸小于0. 1微米或100納米)范疇的晶粒尺寸。由平均晶粒尺寸低于0. 3微米的WC粉末制備的、WC平均晶粒尺寸接近0. 2微米的WC-Co硬質(zhì)合金，被稱作“近-納米(near-nano)燒結(jié)碳化物”或“近-納米硬質(zhì)合金”(參見如Μ. Brieseck， I. HUnsche等人，“超精細和近納米硬質(zhì)合金的優(yōu)化燒結(jié)和晶粒生長抑制(Optimi sed sintering and grain-growth inhibition of ultrafine and near-nano hardmetals)，，·
Int. Conf.PM2009，哥本哈根，ΕΡΜΑ)?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，相對于常規(guī)的平均晶粒尺寸為 0. 3-0. 8 μ m的超細顆粒硬質(zhì)合金，近-納米燒結(jié)碳化物具有改善的硬度和斷裂韌度的組
I=I OEP1413637公開了用于石油和天然氣的、具有改善韌度的燒結(jié)碳化物。所述燒結(jié)碳化物包含 8wt. % 12wt. % Co+NiUwt. % 2wt. % Cr 禾P 0. lwt. % 0· 3wt. % Mo，余量為 WC。所有WC晶粒均小于1微米，磁性Co含量為80% 90%化學方式測定的Co。WC粉末的平均晶粒尺寸接近0. 8微米。然而，EP1413637未提供關(guān)于近-納米燒結(jié)碳化物組成的資料。EP1043412公開了一種制備具有增強韌度的亞微米燒結(jié)碳化物的方法。根據(jù) EP1043412, WC粉末的WC晶粒在混合之前用Cr和Co進行包覆。所述WC晶粒的平均晶粒尺寸范圍為0. 2微米 1. 0微米，優(yōu)選0. 6微米 0. 9微米。EP1043412未提供涉及近-納米燒結(jié)碳化物制備的資料。JP2005200671描述了一種燒結(jié)碳化物合金，分別從粒度分布測定，具有0. 15微米或更小、0. 35微米或更小以及0. 6微米或更小的dlO、d50和d90顆粒直徑。關(guān)于從納米或近-納米WC粉末到近-納米燒結(jié)碳化物的制備主要有三個問題。第一個問題涉及的是當使用納米或近-納米粉末時，WC-Co的液相燒結(jié)期間會出現(xiàn)非常密集的WC晶粒生長。WC晶粒生長可以通過使用主要為鉻和釩的碳化物的晶粒生長抑制劑來遏制，但是會以損失燒結(jié)碳化物的斷裂韌度為代價?；跓Y(jié)期間氣體環(huán)境(gas atmospheres)中的碳含量變化，第二個問題涉及的是由包含納米或近-納米WC粉末的粉末混合物壓制的WC-Co生坯制品(green articles) 的極高活性。如果燒結(jié)爐中的碳勢稍高于某一水平，近-納米燒結(jié)碳化物的微觀結(jié)構(gòu)中便形成游離碳。如果燒結(jié)爐中的碳勢稍低于某一水平，近-納米燒結(jié)碳化物可能容易發(fā)生脫碳，導致近-納米燒結(jié)碳化物微觀結(jié)構(gòu)中η-相(Co3W3C或Co6W6C)的形成。第三個問題涉及的是從納米或近-納米粉末得到的粉末WC-Co混合物中的碳含量需要進行精細調(diào)節(jié)。在常規(guī)的碳化物制備實踐中，碳含量隨著添加的金屬W或炭黑而變化。但是，就近-納米燒結(jié)碳化物來說，卻發(fā)現(xiàn)金屬W或炭黑甚至微小量的添加都會導致微觀結(jié)構(gòu)的缺陷，如Co (Co偏析帶(Co lakes))富集的區(qū)域(fields)和/或不規(guī)則的WC大晶粒。此外，考慮到含有近-納米WC的粉末WC-Co混合物被重度氧化，混合物就不得不在還原氣體環(huán)境中進行退火?？紤]到上述問題，人們需要具有以燒結(jié)碳化物磁飽和表征的、進一步提高碳含量的新的近-納米燒結(jié)碳化物組成。同時，也需要一種調(diào)節(jié)近-納米燒結(jié)碳化物生坯部件中碳含量的新方法。因此，需要提供一種改善了硬度、斷裂韌度及耐磨度的組合的近-納米燒結(jié)碳化物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個方面提供一種燒結(jié)碳化物，其包括WC晶粒、約3wt. % 20wt. % 選自Co或者Co和Ni的粘結(jié)劑，以及晶粒生長抑制劑；其中WC平均晶粒尺寸范圍為在約 180nm至約230nm，至少10士2 %的WC晶粒細于約50nm，且7士2%的WC晶粒尺寸為約50至約 lOOnm。術(shù)語“wt. 指重量百分比。在本發(fā)明的一個實施方案中，晶粒生長抑制劑選自Cr、V、Zr、Ta和Mo，并可作為碳化物形式存在。在本發(fā)明的一個實施方案中，晶粒生長抑制劑內(nèi)含物(content)相對于粘結(jié)劑包含約 3wt. % llwt. % Cr 和約 lwt. % 4wt. % V。在本發(fā)明的一個實施方案中，晶粒生長抑制劑內(nèi)含物相對于粘結(jié)劑內(nèi)含物包含約 3wt. % llwt. % Cr、約 lwt. % 4wt. % V、約 0. lwt. % 8wt. % Zr、約 0. lwt. % 5wt. % Ta 和 / 或約 0. lwt. % 10. Owt. % Mo。在本發(fā)明的一個實施方案中，所述粘結(jié)劑包含溶于其中的鎢，且溶于粘結(jié)劑中的鎢的濃度范圍為約Hwt. % 25wt. %，其根據(jù)以下方程式以燒結(jié)碳化物磁矩/單位wt.表示Occ= σ βΒ/100σΒ= σ Co-0. 275Mff,其中，σ。。是以微特斯拉乘立方米/千克為單位的燒結(jié)碳化物磁矩，σ Co是以微特斯拉乘立方米/千克為單位的純鈷磁矩，B是以wt. %表示的燒結(jié)碳化物中的粘結(jié)劑分數(shù)， σ Β是以微特斯拉乘立方米/千克為單位的粘結(jié)劑磁矩，以及Mw是以wt. %表示的溶于粘結(jié)劑中的鎢的濃度。在本發(fā)明的一個實施方案中，溶于粘結(jié)劑中的鎢的濃度范圍為約16wt. %至約 25wt. %。在本發(fā)明的一個實施方案中，溶于粘結(jié)劑中的鎢的濃度范圍為約18wt. %至約 25wt. %。在本發(fā)明的一個實施方案中，燒結(jié)碳化物的矯頑磁場強度范圍為約32kA/m至約 72kA/m(千安培/米)。在本發(fā)明的一個實施方案中，通過以MPa. m1/2表示的壓痕斷裂韌度和以GPa表示的維氏硬度相乘而得到的韌度-硬度系數(shù)在約180以上；以及在本發(fā)明的一個實施方案中， 通過以MPa. m1/2表示的壓痕斷裂韌度和以GPa表示的維氏硬度相乘而得到的韌度-硬度系數(shù)在約200以上。在本發(fā)明的一個實施方案中，燒結(jié)碳化物顯示的根據(jù)ASTMB611測試以cm7reV. 表示的磨耗低于約0. 12Y 10_5，其中Y為以wt. %表示的粘結(jié)劑分數(shù)。在本發(fā)明的一個實施方案中，燒結(jié)碳化物既不含有游離碳，也不含有η -相。在本發(fā)明的一個實施方案中，晶粒生長抑制劑以固溶體的形式存在于粘結(jié)劑中。在本發(fā)明的一個實施方案中，晶粒生長抑制劑以碳化物的形式存在。在本發(fā)明另外的實施方案中，提供一種燒結(jié)碳化物，其包括平均晶粒尺寸為0. 3 微米以下的WC晶粒，在一個實施方案中為0.2微米以下；3wt. % 20wt. %選自Co或者 Co和Ni的粘結(jié)劑；以及選自Cr、V、Zr、Ta和Mo的晶粒生長抑制劑，其中，相對于粘結(jié)劑內(nèi)含物，所述抑制劑內(nèi)含物為:3wt. % 12wt. % Cr，優(yōu)選8wt. % IOwt. % Cr ；lwt. 8wt. % V，優(yōu)選 2wt. % 5wt. % V ；0. 5wt. % 8wt. % Zr，優(yōu)選 0. 8wt. % 1. 5wt. % Zr ； 0. 5wt. % 5wt. % Ta，優(yōu)選 0. 8wt. % 1. 5wt. % Ta ；以及 2. 5wt. % 10. Owt. % Mo, ^ 選3. Owt. % 5. Owt. % Mo。以微特斯拉乘立方米/千克為單位的磁矩σ范圍為0. 08Χ 0. 13Χ，其中X為以wt. %表示的鈷分數(shù)。出人意料地發(fā)現(xiàn)，WC平均晶粒尺寸范圍為約180nm 230nm的近-納米燒結(jié)碳化物表現(xiàn)出極高的硬度、耐磨性和斷裂韌度的組合。該近-納米燒結(jié)碳化物可以通過使用 Co或Co+M粘結(jié)劑以及相對于粘結(jié)劑內(nèi)含物具有如下用量的晶粒生長抑制劑而獲得其包括 5wt. % 12wt. % Cr，優(yōu)選 8wt. % 10wt. % Cr ； lwt. % 5wt. % V，優(yōu)選 2wt. % 4wt. % V ；0. 5wt. % 2wt. % Zr，優(yōu)選 0. 8wt. % 1. 5wt. % Zr ；0. 5wt. % 2wt. % Ta，優(yōu)選 0. 8wt. % 1. 5wt. % Ta ；以及 2. 5wt. % 5. Owt. % Mo，優(yōu)選 3. Owt. % 4. Owt. % Mo。 本發(fā)明的近-納米燒結(jié)碳化物必須具有一定低水平的碳含量，以及以微特斯拉乘立方米/ 千克為單位，相應(yīng)的磁矩σ范圍為0.08Χ 0. 13Χ，優(yōu)選0.09Χ 0. 12Χ，最優(yōu)選0.09Χ 0. 1IX，其中，X為以Wt. %表示的鈷分數(shù)。在一個實施方案中，磁矩范圍為0. 092Χ 0. 122Χ， 優(yōu)選0.092Χ 0. 117Χ，最優(yōu)選0.092Χ 0. IllX0磁矩在較低值時，微觀結(jié)構(gòu)中形成η-相 (Co3W3C或Co6W6C)，磁矩在較高值時，近-納米燒結(jié)碳化物的斷裂韌度和硬度都降低。通過以MPa. m1/2表示的斷裂韌度和以GPa表示的維氏硬度相乘而得到的韌度-硬度系數(shù)可高于190。本發(fā)明的第二個方面提供一種制備如上文所描述的本發(fā)明燒結(jié)碳化物的方法，包括以下步驟 將約3. 0m2/g或更高比表面積(BET)的WC粉末與粘結(jié)劑及晶粒生長抑制劑進行碾磨；·壓制生坯部件； 在H2中于約400°C至約900°C (攝氏度)下預燒結(jié)生坯部件約5min至約30min ；·在真空中于約1340°C至約1410°C的溫度下燒結(jié)約!Min至約20min ；以及·在約40bar至約IOObar的壓力和約1340°C至約1410°C的溫度下，在Ar氣中進行HIP-燒結(jié)約Imin至約 20min。出人意料地發(fā)現(xiàn)，通過在純氫氣中于約400°C至約900°C的溫度下預燒結(jié)，以及在真空和Ar壓力下最后燒結(jié)，可精確地調(diào)節(jié)具有上述本發(fā)明第一個方面提及的組成和WC晶粒尺寸的近-納米燒結(jié)碳化物的生坯制品中的碳含量。該近-納米燒結(jié)碳化物具有優(yōu)異的高硬度、斷裂韌度和耐磨性的組合。


將通過非限制性實施例并參照附圖描述實施方案，其中圖IA顯示根據(jù)實施例1的近-納米燒結(jié)碳化物的微觀結(jié)構(gòu)的FE-SEM圖像，圖IB 顯示經(jīng)計算機圖像處理后相應(yīng)的FE-SEM圖像，圖IC顯示相應(yīng)的光學顯微鏡圖像。圖2A顯示與含有10%和7% Co的常規(guī)超細(UF)燒結(jié)碳化物(WC平均晶粒尺寸接近0.8 μ m)相比，根據(jù)實施例1的近-納米(NN)燒結(jié)碳化物的磨耗圖表。圖2B顯示相應(yīng)的斷裂韌度圖表。圖3顯示根據(jù)實施例2的近-納米燒結(jié)碳化物的微觀結(jié)構(gòu)(光學顯微鏡)。圖4A顯示與含有5% Co的常規(guī)超細(UF)燒結(jié)碳化物(WC平均晶粒尺寸接近 0.8ym)相比，根據(jù)實施例2的近-納米(NN)燒結(jié)碳化物的磨耗圖表。圖4Β顯示相應(yīng)的斷裂韌度圖表。
具體實施例方式磁特性的測量廣泛用于燒結(jié)碳化物工業(yè)中。為此，同時對矯頑力和磁矩進行測量。矯頑力表明WC晶粒中Co過渡層(interlayers)的厚度以及由此得到的WC平均晶粒尺寸。溶于Co-基粘結(jié)劑的鎢的量可以通過測量燒結(jié)碳化物的磁矩或磁飽和來估算， 因為Co的飽和值與溶液中鎢的添加呈線性降低(參見B. Roebuck&E. Almond.，Int. Mater Rev.，33(1988)90-110)。眾所周知，當總碳含量下降時，溶于粘結(jié)劑的鎢的濃度升高，所以，磁矩可間接表示燒結(jié)碳化物中的總碳含量。表示燒結(jié)碳化物磁矩與溶于粘結(jié)劑中的鎢濃度相互關(guān)系的方程式如下(參見B. Roebuck. Int. J, Refractory Met. Hard Mater.， 14 (1996) 419-424) : σ B = σ Co-0. 275Mw，其中σ C0為以微特斯拉乘立方米/千克為單位的純鈷磁矩，σ B為以微特斯拉乘立方米/千克為單位的粘結(jié)劑磁矩，Mw為以wt. %表示的溶于粘結(jié)劑中的鎢的濃度。眾所周知，在不含有η -相(Co3W3C或Co6W6C)的WC-Co燒結(jié)碳化物中，當總碳含量降低時，溶于粘結(jié)劑的鎢的濃度急劇升高，其通過減少磁矩表明。與具有中等或高水平總碳含量以及由此產(chǎn)生的溶于粘結(jié)劑的低濃度鎢的燒結(jié)碳化物相比，在這種燒結(jié)碳化物中， 微觀結(jié)構(gòu)中的WC晶粒明顯更細。換句話說，溶于粘結(jié)劑的高濃度鎢起到了 “晶粒生長抑制劑”的作用，抑制了 WC細小晶粒部分的重結(jié)晶過程和WC大單晶的生長(參見I. Konyashin, 等人，Int. J. Refractory Met. Hard Mater.，27 (2009) 234-243)。與常規(guī)的晶粒生長抑制劑(Cr、V等)相比，使用溶于粘結(jié)劑的高濃度鎢作為“晶粒生長抑制劑”，主要優(yōu)勢為與具有溶于粘結(jié)劑的中等或低濃度鎢但包含大量常規(guī)晶粒生長抑制劑的燒結(jié)碳化物相比，具有溶于粘結(jié)劑的高濃度鎢的極細晶粒的斷裂韌度沒有下降或下降程度很小。這與常規(guī)晶粒生長抑制劑在WC-Co界面隔離導致了它們的“弱化”以及斷裂韌度下降的事實有關(guān)(參見如 S. Lay 等人，Int. J. Refractory Met. Hard Mater.，20 (2002)61-69)，然而，在具有溶于粘結(jié)劑的高濃度鎢的燒結(jié)碳化物中，WC-Co界面沒有變化(參見I. Konyashin等人，Int.J. Refractory Met. Hard Mater. ,28(2010)228-237) 因此，使用溶于粘結(jié)劑的高濃度鎢， 可實現(xiàn)近-納米燒結(jié)碳化物更高的硬度和斷裂韌度的組合。溶于粘結(jié)劑的高濃度鎢也可以和一定類型及用量的常規(guī)晶粒生長抑制劑組合使用。出人意料的發(fā)現(xiàn)是當溶于粘結(jié)劑的鎢的濃度在Hwt. % 25wt. %、優(yōu)選 16wt. % 25wt. %、最優(yōu)選18wt. % 25wt. %之間變化時，可以在不損失斷裂韌度的情況下提高近-納米燒結(jié)碳化物的硬度。換言之，具有一定的微觀結(jié)構(gòu)特性的組合和溶于粘結(jié)劑的高濃度鎢的近-納米燒結(jié)碳化物具有出乎意料的高硬度和斷裂韌度的組合，以及非常高的耐磨性。一方面，溶于粘結(jié)劑的鎢的濃度應(yīng)盡可能高，但另一方面又被實際情況所限制，即溶于粘結(jié)劑的鎢在一定的濃度下，微觀結(jié)構(gòu)中會形成Π-相(Co3W3C和Co6W6C)。 Π-相的形成是非常不理想的，因為其導致燒結(jié)碳化物橫向斷裂強度(transverse rupture strength)劇烈下降。實施例將參考以下實施例進一步詳細說明本發(fā)明的實施方案，但其不用來限制本發(fā)明。實施例1將根據(jù)ASTM 3663標準測定的比表面積(BET)為4. 0m2/g以及碳含量為6. 14wt. % 的碳化鎢粉末(德國，來源于H. C. Starck 的4NP0)與約IOwt. %鈷粉、0. 8wt. % Cr3C2, 0. 3wt. % VC,0. 5wt. % Mo2C,0. lwt. % TaC 和 0. lwt. % ZrC 共混，其中，所述鈷粉中 Co 晶粒的平均晶粒尺寸為約1微米。采用球磨方式在由已烷及2wt. %固體石蠟組成的碾磨介質(zhì)中、以1 6的粉球比(powder-to-ball ratio)將所述粉末一起碾磨Mhr來制備共混物。共混物干燥之后，將各種尺寸的樣品進行壓制并在氫氣中于700°C下熱處理20min，所述樣品中包含那些用于根據(jù)ISO 3327-1982標準測試橫向斷裂強度(TRS)以及根據(jù)ASTM B611-85標準測試耐磨性的樣品。然后將生坯體(green bodies)在1370°C燒結(jié)20min，包括IOmin真空燒結(jié)階段以及在氬氣氛圍和50bar壓力下進行的IOmin高等靜壓(HIP)燒結(jié)階段。制成冶金橫截面(Metallurgical cross-sections)，并使用光學顯微鏡和FE-SEM 進行檢查。圖1A、圖IB和圖IC顯示了所述燒結(jié)碳化物的微觀結(jié)構(gòu)?？汕宄乜吹轿⒂^結(jié)構(gòu)中既不含有游離碳也不含有η-相，其精細且均勻。將在FE-SEM下得到的微觀結(jié)構(gòu)采用 "Soft Imaging System " (SIS)公司的AnalySIS 軟件進行分析。發(fā)現(xiàn)WC的平均晶粒尺寸等于0. 20微米，細于50nm的晶粒百分比為9. 6 %，50nm IOOnm的晶粒百分比為7. 0 %。 燒結(jié)碳化物的特性如下密度-14. 24g/cm3, TRS-3300MPa、HV20-20. 5GPa、矯頑力-40. 6kA/ m、磁矩-1，1 μ T m3/kg、斷裂韌度-9. 9MPa. m1/2、磨耗-1. 01(T5cm7rev。因此，以 MPa. m1/2 表示的斷裂韌度與以GPa表示的維氏硬度相乘得到的韌度-硬度系數(shù)大致等于203?；诖啪刂涤嬎愕娜苡谡辰Y(jié)劑中的鎢的濃度等于18. 5wt. %。圖2A和圖2B顯示了相比于具有0.8 微米WC平均晶粒尺寸以及10% Co和 % Co的常規(guī)超細級別，近-納米燒結(jié)碳化物的耐磨性和斷裂韌度。常規(guī)級別的微觀結(jié)構(gòu)的確包括細于IOOnm的晶粒，其含有0.3wt. % VC和 0. 2wt. l^Cr3C2，這些級別中溶于粘結(jié)劑中的鎢的濃度低于10wt%?？梢郧宄乜吹浇?納米燒結(jié)碳化物的耐磨性明顯高于常規(guī)級別，其是在與10% Co的常規(guī)級別相比斷裂韌度僅不明顯地降低的情況下實現(xiàn)的，而與7% Co的常規(guī)級別相比斷裂韌度則更高。含有 % Co 的超細級別的硬度為17. OGPa、斷裂韌度為9. 2MPa. m1/2,因此，該級別的韌度-硬度系數(shù)等于156，明顯低于新的近-納米燒結(jié)碳化物。含有10% Co的超細級別的硬度為15. OGPa、斷裂韌度為10. 7MPa. m1/2,因此，該級別的韌度-硬度系數(shù)等于160，明顯低于新的近-納米燒結(jié)碳化物。實施例2將根據(jù)ASTM 3663標準測定的比表面積(BET)為4. 0m2/g以及碳含量為6. 14wt. % 的碳化鎢粉末(德國，來源于H. C. Starck 的4NP0)與約5wt. %鈷粉、0. 4wt. % Cr3C2、 0. 15wt. % VC,0. 25wt. % Mo2C,0. 05wt. % TaC 和 0. 05wt. % ZrC 共混，其中，所述鈷粉中 Co 晶粒的平均晶粒尺寸為約1微米。采用球磨方式在由已烷及2wt. %固體石蠟組成的碾磨介質(zhì)中、以1 6的粉球比將所述粉末一起碾磨Mhr來制備共混物。共混物干燥之后，將各種尺寸的樣品進行壓制并在氫氣中于700°C下熱處理20min，所述樣品中包含那些用于根據(jù)ISO 3327-1982標準測試橫向斷裂強度(TRS)以及根據(jù)ASTM B611-85標準測試耐磨性的樣品。然后將生坯體在1390°C燒結(jié)20min，包括IOmin真空燒結(jié)階段以及在氬氣氛圍和 50bar壓力下進行的IOmin高等靜壓(HIP)燒結(jié)階段。制成冶金橫截面，并使用光學顯微鏡進行檢查。圖3顯示了所述燒結(jié)碳化物的微觀結(jié)構(gòu)。可清楚地看到微觀結(jié)構(gòu)中既不含有游離碳也不含有n-相，其精細且均勻；所述橫截面同樣在FE-SEM下進行檢查。將在FE-SEM下得到的微觀結(jié)構(gòu)采用“Soft Imaging System " (SIS)公司的AnalySIS 軟件進行分析。發(fā)現(xiàn)WC的平均晶粒尺寸等于0. 19微米，細于50nm的晶粒百分比為9. 0%，50nm IOOnm的晶粒百分比為6. 4%。燒結(jié)碳化物的特性如下密度-14.98g/cm3、TRS_2500MPa、HV20-22. 5GPa、矯頑力-43. OkA/m、磁矩-0. 5 μ T m3/kg、斷裂韌度-9. 2MPa. m1/2、磨耗-1. 91(T6cm7rev。因此， 以MPa. m1/2表示的斷裂韌度與以GPa表示的維氏硬度相乘得到的韌度_硬度系數(shù)大致等于 207?；诖啪刂涤嬎愕娜苡谡辰Y(jié)劑中的鎢的濃度等于22. 2wt. %。圖4A和圖4B顯示了相比于具有0. 8微米WC平均晶粒尺寸以及5% Co的常規(guī)超細級別，近-納米燒結(jié)碳化物的耐磨性和斷裂韌度。常規(guī)級別的微觀結(jié)構(gòu)的確包括細于IOOnm的晶粒，其含有0. 2wt. % VC和0. lwt. % Cr3C2，這些級別中溶于粘結(jié)劑中的鎢的濃度低于9wt%。可以清楚地看到 新的近-納米燒結(jié)碳化物的耐磨性明顯高于常規(guī)級別，其是在未損失斷裂韌度的情況下實現(xiàn)的。含有5% Co的超細級別的硬度為17. 8GPa、斷裂韌度為9. OMPa. m1/2,因此，該級別的韌度-硬度系數(shù)等于160，明顯低于所述近-納米燒結(jié)碳化物。
權(quán)利要求
1.一種燒結(jié)碳化物，其包括WC晶粒、約3wt. % 20wt. %選自Co或者Co和Ni的粘結(jié)劑，以及晶粒生長抑制劑；其中WC平均晶粒尺寸的范圍為約ISOnm至約230nm，至少 10士2%的WC晶粒細于約50nm，且7士2%的WC晶粒尺寸為約50 lOOnm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)碳化物，其中溶于粘結(jié)劑中的鎢的濃度范圍為約 14wt. % 25wt. %，其根據(jù)以下方程式以燒結(jié)碳化物磁矩/單位wt.表示Occ= σ βΒ/100σ β = σ Co-0. 275MW，其中，σ。。是以微特斯拉乘立方米/千克為單位的燒結(jié)碳化物磁矩，σ Co是以微特斯拉乘立方米/千克為單位的純鈷磁矩，B是以wt. %表示的燒結(jié)碳化物中的粘結(jié)劑分數(shù)，％是以微特斯拉乘立方米/千克為單位的粘結(jié)劑磁矩，以及Mw是以wt. %表示的溶于粘結(jié)劑中的鎢的濃度。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的燒結(jié)碳化物，其中溶于粘結(jié)劑中的鎢的濃度范圍為約 16wt. % 25wt. %。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的燒結(jié)碳化物，其中溶于粘結(jié)劑中的鎢的濃度范圍為約 18wt. % 25wt. %。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的燒結(jié)碳化物，其中相對于粘結(jié)劑所述晶粒生長抑制劑內(nèi)含物包含約3wt. % llwt. % Cr和約lwt. % 4wt. % V。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的燒結(jié)碳化物，其中相對于粘結(jié)劑內(nèi)含物所述晶粒生長抑制劑內(nèi)含物包含約3wt. % llwt. % Cr、約lwt. % 4wt. % V、約0. lwt. % 8wt. % Zr、約 0. lwt. % 5wt. % Ta 和 / 或約 0. lwt. % 10. Owt. % Mo。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的燒結(jié)碳化物，其中所述燒結(jié)碳化物的矯頑磁場強度范圍為約32kA/m 72kA/m。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的燒結(jié)碳化物，其中通過以MPa.m1/2表示的壓痕斷裂韌度和以GPa表示的維氏硬度相乘而得到的韌度-硬度系數(shù)在約180以上。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的燒結(jié)碳化物，其中通過以MPa.m1/2表示的壓痕斷裂韌度和以GPa表示的維氏硬度相乘而得到的韌度-硬度系數(shù)在約200以上。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的燒結(jié)碳化物，其中所述燒結(jié)碳化物顯示的根據(jù) ASTM B611測試并以cm7reV.表示的磨耗低于約0. 12Y 10_5，其中Y為以wt. %表示的粘結(jié)劑分數(shù)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的燒結(jié)碳化物，其中所述燒結(jié)碳化物既不含有游離碳，也不含有n-相。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的燒結(jié)碳化物，其中所述晶粒生長抑制劑以固溶體的形式存在于粘結(jié)劑中。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的燒結(jié)碳化物，其中所述晶粒生長抑制劑以碳化物的形式存在。
14.一種制備前述權(quán)利要求任一項所述的燒結(jié)碳化物的方法，其包括以下步驟 將約3.0m2/g或更高比表面積(BET)的WC粉末與粘結(jié)劑及晶粒生長抑制劑進行碾磨； 壓制生坯部件； 在H2中于約400°C至約900°C下預燒結(jié)生坯部件約5min至約30min ； 在真空中于約1340°C至約1410°C的溫度下燒結(jié)約:3min至約20min ；以及 在約40bar至約IOObar的壓力和約1340°C至約1410°C的溫度下，在Ar氣中進行 HIP-燒結(jié)約Imin至約20min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燒結(jié)碳化物，其包括WC晶粒、3wt.％～20wt.％選自Co或者Co和Ni的粘結(jié)劑，以及晶粒生長抑制劑；其中WC平均晶粒尺寸范圍為180nm～230nm，至少10±2％的WC晶粒細于50nm，且7±2％的WC晶粒尺寸為50～100nm。本發(fā)明進一步涉及一種制備所述燒結(jié)碳化物的方法，其包括將3.0m2/g或更高比表面積(BET)的WC粉末與粘結(jié)劑及晶粒生長抑制劑進行碾磨；壓制生坯部件；在H2中于400℃～900℃下預燒結(jié)生坯部件5min～30min；在真空中于1340℃～1410℃的溫度下燒結(jié)3min～20min；以及在40～100bar的壓力和1340℃～1410℃的溫度下，在Ar氣中進行HIP-燒結(jié)1min～20min的步驟。
文檔編號C22C29/08GK102597282SQ201080048449
公開日2012年7月18日 申請日期2010年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日
發(fā)明者伊戈爾·尤里·孔雅士, 弗蘭克·弗里德里?！だ章? 貝恩德·海因里希·里斯 申請人:第六元素公司