硬質(zhì)碳化物制品及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品，并且具體地講，設(shè)及具有低磁飽和而不具有Tl相 的燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品。
【背景技術(shù)】
[0002] 燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品已在用于各種工具應(yīng)用(諸如切削工具和耐磨零件）的涂布 條件和未涂布條件兩者中使用。增加燒結(jié)硬質(zhì)碳化物對磨損W及其他失效模式(包括熱疲 勞、斷裂和碎裂）的抵抗性仍然是研究和開發(fā)的熱口領(lǐng)域。為此，已將大量資源分配給用于 切削工具的耐磨耐火涂層的開發(fā)。已通過化學氣相沉積(CVD) W及物理氣相沉積(PVD)將例 如TiC、TiCN、Ti0CN、TiN和Al203施加到硬質(zhì)碳化物。
[0003] 此外，已對下層硬質(zhì)碳化物基底的特性進行了研究。切削工具制造商已檢查了硬 質(zhì)碳化物主體的組成變化W及對硬質(zhì)碳化物特性產(chǎn)生的影響，所述硬質(zhì)碳化物特性包括但 不限于硬度、耐磨性、耐熱變形性、初性和密度。然而，一種硬質(zhì)碳化物特性的增強通常導(dǎo)致 另一種硬質(zhì)碳化物特性的伴隨退化。例如，增加硬質(zhì)碳化物耐變形性可導(dǎo)致減小的初性和 導(dǎo)熱性。然而，硬質(zhì)碳化物主體的改善必需滿足金屬加工應(yīng)用的發(fā)展需求，并且當對硬質(zhì)碳 化物主體做出組成變化W便向切削工具提供改善的性能時，需要競爭特性之間的仔細平 衡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 在一個方面，本文描述了燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品，在一些實施例中，其表現(xiàn)出增強的 耐磨性和耐熱疲勞性。另外，本文所述的燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品可耐受碳含量的變化而不形 成不期望的相，包括n相和/或游離石墨(C型孔隙）。運樣的耐受可有利于制造和使用其中碳 含量不被嚴格地控制的碳化物等級。本文所述的燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品包括硬顆粒相和金屬 粘結(jié)劑相，所述硬顆粒相包括碳化鶴，而所述金屬粘結(jié)劑相包括鉆、儀和鐵中的至少一種W 及一種或多種合金化添加劑，其中燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品具有0%至73%范圍內(nèi)的磁飽和 (MS)而不具有Tl相。本文所述的MS值基于金屬粘結(jié)劑相的磁分量。合金化添加劑可包括一種 或多種金屬元素、非金屬元素或它們的混合物。在一些實施例中，燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品是碳 缺乏的。例如，燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品的碳含量可為燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品的化學計量碳含量 的 82%至 99.5%。
[0005] 在另一個方面，本文描述了制備燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品的方法。在一些實施例中，本 文所述的方法包括提供碳缺乏級粉末，所述碳缺乏級粉末包括碳化鶴相和金屬粘結(jié)劑相， 所述金屬粘結(jié)劑相包括鉆、儀和鐵中的至少一種。將合金化添加劑提供給該等級粉末的金 屬粘結(jié)劑相，并且將該等級粉末固結(jié)成巧件。將巧件燒結(jié)W提供具有0%至74%的MS而不具 有n相的燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品。另外，該等級粉末的碳含量可為該等級粉末的化學計量碳含 量的82%至99.5%。
[0006] 運些和其他實施例在下文的【具體實施方式】中更詳細地描述。
【附圖說明】
[0007] 圖1示出根據(jù)本文所述的一些實施例的采用金屬粘結(jié)劑與合金化添加劑的燒結(jié)硬 質(zhì)碳化物的MS隨碳含量的變化。
【具體實施方式】
[0008] 參考W下【具體實施方式】和實例W及前述和下述內(nèi)容可更容易地理解本文所述的 實施例。然而，本文所述的元素、設(shè)備和方法并不限于【具體實施方式】和實例中所述的具體實 施例。應(yīng)當認識到，運些實施例僅示例性地說明本發(fā)明的原理。在不脫離本發(fā)明精神和范圍 的情況下，多種修改和變更對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的。
[0009] 在一個方面，本文描述了燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品，在一些實施例中，其表現(xiàn)出增強的 耐磨性和耐熱疲勞性。本文所述的燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品包括硬顆粒相和金屬粘結(jié)劑相，所 述硬顆粒相包括碳化鶴，而所述金屬粘結(jié)劑相包括鉆、儀和鐵中的至少一種W及一種或多 種合金化添加劑，其中燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品具有0%至73%范圍內(nèi)的MS而不具有Tl相。
[0010] 現(xiàn)在轉(zhuǎn)到特定組分，硬顆粒相可W不違背本發(fā)明目的的任何量存在于燒結(jié)硬質(zhì)碳 化物制品中。在一些實施例中，例如，硬顆粒相W燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品的至少70重量％或至 少80重量％的量存在。硬顆粒相還可W選自表1的量存在。
[00"] 表1-燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品的 rnni9i
[0013] 如本文所述，硬顆粒相包括碳化鶴。在一些實施例中，硬顆粒相僅由碳化鶴形成。 作為另外一種選擇，硬顆粒相還可包括選自周期表的IVB族、VB族和VIB族的一種或多種金 屬的碳化物、氮化物和/或碳氮化物。例如，在一些實施例中，除了碳化鶴W外，硬顆粒相包 括碳化粗、碳化妮、碳化饑、碳化銘、碳化錯、碳化給、碳化鐵及其固溶體中的至少一種。另外 的金屬碳化物、氮化物和/或碳氮化物可W不違背本發(fā)明目的的任何量存在于硬顆粒相中。 在一些實施例中，另外的金屬碳化物、氮化物和/或碳氮化物W最多至硬顆粒相的50重量％ 的量存在。例如，另外的金屬碳化物、氮化物和/或碳氮化物可W硬顆粒相的1-10重量％的 量存在。
[0014] 另外，硬顆粒相可通常表現(xiàn)出小于30WI1的平均粒度。例如，硬顆粒相的平均粒度可 小于10皿或如m，諸如0.5-3皿。
[0015] 如本文所述，燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品包括金屬粘結(jié)劑相，所述金屬粘結(jié)劑相包括一 種或多種合金化添加劑W及余量的鉆、儀和/或鐵。一般來講，金屬粘結(jié)劑相W燒結(jié)硬質(zhì)碳 化物制品的1-30重量％的量存在。在一些實施例中，金屬粘結(jié)劑相W選自表1I的量存在。
[001 y 表1I-燒結(jié)硬質(zhì)碳化物的重量％金屬粘結(jié)劑 「AA^ -71
LTO18」金屬粘結(jié)刑相的合金化添加刑包巧一種或多種金屬兀素、非金屬兀素或其固浴 體。適于用作合金化添加劑的金屬元素包括過渡金屬和侶。在一些實施例中，過渡金屬合金 化添加劑選自周期表的III站矣-VIIIB族。例如，合金化添加劑可包括鶴、釘、儘、銅、鍊、銘、 餓和鋼中的一種或多種。在一些實施例中，金屬合金化添加劑表現(xiàn)出六方緊密堆積化cp)晶 體結(jié)構(gòu)。在其他實施例中，金屬合金化添加劑具有立方晶體結(jié)構(gòu)，諸如面屯、立方(fee)或體 屯、立方(bee)。合金化添加劑還可包括一種或多種非金屬元素。非金屬合金元素可選自周期 表的IIIA族-VA族，諸如棚、娃、碳和/或氮。
[0019] 合金化添加劑可W可用于為燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品提供本文所述的低磁飽和值而 不形成n相的任何量存在于金屬粘結(jié)劑相中。一般來講，合金化添加劑W最多至金屬粘結(jié)劑 相的50重量％的量存在。在一些實施例中，例如，合金化添加劑W金屬粘結(jié)劑相的10-30重 量％或30-50重量％的量存在。
[0020] 在一些實施例中，本文所述的燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品還包括合金粘結(jié)劑富集的表面 區(qū)，其具有大于燒結(jié)制品本體中合金粘結(jié)劑含量的最大合金粘結(jié)劑含量。粘結(jié)劑富集區(qū)可 從燒結(jié)制品表面向內(nèi)延伸。在一些實施例中，富集區(qū)的合金粘結(jié)劑分層，從而表現(xiàn)出不同的 合金粘結(jié)劑層。在其他實施例中，合金粘結(jié)劑是不分層的。燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品可在一個或 多個表面上表現(xiàn)出合金粘結(jié)劑富集的表面區(qū)。
[0021] 具有本文所述的組合物的燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品可表現(xiàn)出0%至73%的MS。重要的 是，燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品在運些低MS值下不表現(xiàn)出Tl相、（CoW)C型相。在一些實施例中，具有 本文所述的組合物的燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品表現(xiàn)出選自表HI的MS。
[00剖表1II-燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品的MS 「nrm1
LUU^4」 不又饑化的徹煙卿但巷于盛腐稍結(jié)刑和的M分重開且恨踞A別M四跡A圳M b 886-12，（'Standard Test Method for Determination of Magnetic Saturat ion (MS) of Cemented化rbides(用于測定硬質(zhì)碳化物的磁飽和(MS)的標準測試方法r來測定。如本領(lǐng) 域的技術(shù)人員所知，磁飽和值可根據(jù)與標稱純Co粘結(jié)劑相的比較而從百分比轉(zhuǎn)化為叫mV kg或其他可比較單位。例如，參見Roebuck,B.Ma即etic Moment(Saturation)Measurements on 化rdmetals,Int.J.RefractoiT Me1:als&化rd Materials,14(1996)419-424(Roebuck, B，硬金屬上的磁矩(飽和度)測量，《國際高烙點金屬與硬質(zhì)材料雜志》，第14卷，1996年，第 419-424頁）。另外，本文所述的燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品可表現(xiàn)出的硬度為至少80HRA。在一些 實施例中，燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品的硬度為80-94HRA。
[0025] 本文所述并且具有前述MS而沒有Tl相的組合物的燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品可為碳缺乏 的。例如，燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品的碳含量可為燒結(jié)制品的化學計量碳含量的82%至99.5 %。 如W下例子所詳述，化學計量碳含量取決于燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品的特定組成參數(shù)，并且因 此可在由不同等級粉末形成的燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品之間改變。在一些實施例中，與化學計 量碳含量相關(guān)的燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品的碳含量選自表1V。
[0026] 表1V-燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品的碳含量
LUUZD」 化個形巧川佈W/飄共化1氏級慨化'物!^巧5(間2^HTI育/兀r刈慨-式至叉化的化仲剛叉 可有利于制造和使用其中碳含量不被嚴格地控制的碳化物等級和燒結(jié)條件。在一些實施例 中，碳缺乏燒結(jié)硬質(zhì)碳化物主體具有0%至74%的MS，而不具有n相。
[0029] 本文描述了制造燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品的方法，所述方法采用碳缺乏級粉末。例如， 本文所述的方法包括提供碳缺乏級粉末，所述碳缺乏級粉末包括碳化鶴相和金屬粘結(jié)劑 相，所述金屬粘結(jié)劑相包括鉆、儀和鐵中的至少一種。將合金化添加劑提供給碳缺乏級粉末 的金屬粘結(jié)劑相，并且將碳缺乏級粉末固結(jié)成巧件。將巧件燒結(jié)W提供具有0%至74%的MS 而不具有n相的燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品。在一些實施例中，燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品具有選自上文 中表HI的MS值。
[0030] 另外，該等級粉末的碳含量可為該等級粉末的化學計量碳含量的82%至99.5%。 在一些實施例中，相對于化學計量碳含量的該等級粉末碳含量與上表1V中提供的值一致。 根據(jù)本發(fā)明的方法制備的燒結(jié)硬質(zhì)碳化物制品可具有