專利名稱：制備超細碳化鎢鈷合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備超細WC-Co合金的方法，該合金由細微的且非聚集的WC和Co粉、優(yōu)選的晶粒長大細化添加物和碳含量的良好分散混合物采用低溫?zé)Y(jié)/HIP燒結(jié)(sinter-HIP)條件制成。
眾所周知，WC粒度的減小給硬質(zhì)合金在許多領(lǐng)域例如PCB(印刷電路板)加工、木材加工、金屬切割中帶來性能上的優(yōu)點。獲得亞微型粒度的WC需要使用晶粒長大細化劑，比如VC、Cr3C2、TaC等，且WC晶粒越細，越有必要加入的所述細化劑。在比如金屬切割的一些應(yīng)用中，WC粒度的細化程度應(yīng)當(dāng)不會顯著降低韌性，否則邊緣壽命將受損失。晶粒細化劑如果使用過量會降低韌性。
在比如PCB加工的其它一些應(yīng)用中，WC粒度的細化程度是極為重要的，而韌性要求為次要的。市場上可買到的超細硬質(zhì)合金已經(jīng)使用約為0.4μm的粒度。但為將WC粒度降低到0.4μm以下需要新的原材料及加工方法。
DE 40 00 223(Mitsubishi)公開了一種基于WC和6-14wt-％的粘結(jié)相的硬質(zhì)合金，該粘結(jié)相含有釩和鉻，其中Cr/(Cr+V)的比值為＜0.95且＞0.50。US 4,539,041公開了通過一種在多元醇的輔助下用于減少氧化物、氫氧化物或金屬鹽的工藝來制備金屬粉末。尤其是當(dāng)以氫氧化鈷開始時，可以獲得基本上球形的、非聚集的顆粒的金屬鈷粉末。這樣的Co粉在這里稱作多元醇鈷。
在US 5,441,693中公開了一種制備具有極其均勻結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金的方法，該硬質(zhì)合金通過采用根據(jù)上述多元醇法制成的Co粉而具有亞微型的粒度。
本發(fā)明的目的之一是提供一種制備硬質(zhì)合金的方法，其中WC的粒度小于0.8μm且其中的晶粒細化劑的含量低。
根據(jù)本發(fā)明的方法，具有極細的微結(jié)構(gòu)、平均粒度＜0.8μm、基本上沒有晶粒大于1.5μm，適于有韌性要求的加工操作的硬質(zhì)合金組合物通過碾磨由碳熱還原反應(yīng)制成的解聚的(deagglomerated)亞微型WC粉與鈷粉而制成，該鈷粉有平均粒度約為0.4μm的解聚的球形晶粒并具有窄的粒度分布，其中至少80％的顆粒的尺寸在X±0.2X的區(qū)間內(nèi)，假定該偏差的區(qū)間(即0.4X)不小于0.1μm。優(yōu)選的是該鈷粉是多元醇鈷。如果該將被燒結(jié)的粉狀混合物的碳含量接近于形成η相，需要不加入或加入相對低數(shù)量的＜1％(重量百分比)的晶粒長大細化劑比如VC和Cr3C2。HIP燒結(jié)在相對低的溫度下進行，也就是＜1400℃。該燒結(jié)硬質(zhì)合金的Co含量為70-85％，依據(jù)假定是純鈷的鈷磁性測量。
在一個優(yōu)選的方法中，WC平均粒度通過采用一最佳的VC+Cr3C2添加進一步減小到0.4μm以下，其中以wt-％表示的VC/Cr3C2之比對于PCB應(yīng)用為0.33-1.0，優(yōu)選0.5-0.9，最優(yōu)選0.7-0.8，而對于金屬切割為0-0.5，對于有色金屬加工為0-0.2，對于黑色金屬加工為0。燒結(jié)優(yōu)選采用氣體壓力燒結(jié)，也稱作HIP燒結(jié)。
在尤其適于有色金屬材料的精加工和常規(guī)加工的第一個實施方案中，該硬質(zhì)合金由6-10％的Co，0.0-0.3的VC，0.3-0.75的Cr3C2和余量的＜0.8μm的WC組成。
在尤其適于加工材料例如奧氏體不銹鋼的粗加工的第二個實施方案中，該硬質(zhì)合金由10-16％的Co，0.5-1.2的Cr3C2和余量的＜0.8μm的WC組成。
在尤其適于非常堅韌的加工操作，或那些有非常低的切割速度例如拉削的第三個實施方案中，該硬質(zhì)合金由16-20％的Co，0.8-1.8的Cr3C2和余量的＜0.8μm的WC組成。
在尤其適于PCB和非金屬特形銑(routing)和槽鉆(slot drilling)的第四個實施方案中，該硬質(zhì)合金由5-8％的Co，0.1-0.6的VC，0.25-0.6的Cr3C2和余量的＜0.4μm的WC組成。
在尤其適于PCB微型打孔(micro drilling)的第五個實施方案中，該硬質(zhì)合金由8-12％的Co，0.2-0.9的VC，0.4-0.9的Cr3C2和余量的＜0.4μm的WC組成。
在尤其適于密實木材或纖維板木材加工的第六個實施方案中，該硬質(zhì)合金由2-5％的Co，0.05-0.2％的VC，0.1-0.25％的Cr3C2和余量的＜0.4μm的WC組成。
實施例1PCB鉆頭坯料是由通過碳熱還原反應(yīng)制成的亞微型WC與碾磨解聚的具有平均粒徑約為0.4μm的特定解聚的晶粒且有一窄的粒度分布的鈷粉和VC+Cr3C2制成。除WC之外，該組合物含有下述成分A.8wt-％的Co，0.3wt-％的VC和0.4wt-％的Cr3C2，采用本發(fā)明的碳含量。對比坯料采用相同的成分但按現(xiàn)有技術(shù)的碳含量。
B.9wt-％的Co，0.35wt-％的VC和0.45wt-％的Cr3C2，采用本發(fā)明的碳含量。對比坯料采用與由A制成的相同組合物作為現(xiàn)有技術(shù)。
C.7wt-％的Co，0.26wt-％的VC和0.35wt-％的Cr3C2，采用本發(fā)明的碳含量。對比坯料采用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的(以wt-％表示)6.5的Co，0.6的VC和0.32的Cr3C2的組合物。
該坯料在1340℃下進行HIP加壓燒結(jié)。測量磁性鈷粉含量、CoM、矯頑力、Hc并在微型打孔和特形銑測試中進行性能測試。
微型打孔測試在下述條件下進行鉆頭直徑0.3mm速度80000至120000rpm進給量 15μm/rev
以每500次沖擊(hits)增加5μm/rev直到失效測試材料三層重疊的覆銅FR4樹脂PCB板特形銑測試在下述條件下進行直徑 2.4mm在以30000至42000rpm的速度范圍特形銑50m之后的磨損程度測量(直徑2.4mm齒8μm)材料 三層重疊的覆銅FR4樹脂PCB板得到下述結(jié)果性能PCB微型打孔實例CoM Hc 本發(fā)明相對現(xiàn)有技術(shù)的工具壽命之比A. 本發(fā)明 5.8038.31.27現(xiàn)有技術(shù) 7.3437.01B. 本發(fā)明 7.3340.51.59現(xiàn)有技術(shù) 7.3437.01性能PCB特形銑C. 本發(fā)明 6.0440.71.1現(xiàn)有技術(shù) 5.1141.61實施例2端銑刀坯料是由通過碳熱還原反應(yīng)制成的亞微型WC與碾磨解聚的具有平均粒徑約為0.4μm的特定不結(jié)塊晶粒且有窄的粒度分布的鈷粉和Cr3C2制成。除WC之外，下述組合物含有D.10wt-％的Co，0.5wt-％的Cr3C2，采用本發(fā)明的碳含量。CoM為8.3，Hc為24kA/m。
E.12wt-％的Co，0.6wt-％的Cr3C2，采用本發(fā)明的碳含量。CoM為10.6，Hc為21.5kA/m。
F.對比坯為10％的Co、0.5％的Cr3C2，但碳含量按現(xiàn)有技術(shù)，粒徑0.8μm。
這些坯料在1360℃下加壓燒結(jié)。測量磁性鈷含量、CoM、矯頑力、Hc。這些坯料磨削成直徑8mm的端銑刀，通過PVD覆有TiCN。在端銑和槽銑操作中進行性能測試。
銑邊操作測試在下述條件下進行工件材料時效硬化的Inconel 718速度 20m/min進給量0.021mm/齒切割深度 8mm徑向切割深度4mm冷卻液沖刷結(jié)果D(本發(fā)明)達到的切割距離為0.9m的工具壽命，而參考例F達到0.42m的切割距離。
槽銑測試在下述條件下進行工件材料316奧氏體不銹鋼速度 50m/min進給量0.042mm/齒切割深度 4mm切割寬度8mm冷卻液沖刷結(jié)果E(本發(fā)明)達到的切割距離為8.5m的工具壽命，而參考例F達到5m的切割距離。
權(quán)利要求
1.一種制備硬質(zhì)合金的方法，該方法使用亞微粒度的WC(通過碳熱還原法制造)且含有WC和6-24wt-％的Co，該鈷采用有亞微型平均粒度的解聚的球形晶粒并具有窄的粒度分布的鈷粉，其中至少80％的顆粒的具有在X±0.2X區(qū)間內(nèi)的尺寸，假定該偏差的區(qū)間(即0.4X)不小于0.1μm，其特征在于添加＜1wt-％的晶粒長大抑制劑，比如VC和/或Cr3C2，且選取的碳含量接近于η相的形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于添加的VC和Cr3C2的比例是以wt-％表示的VC/Cr3C2之比在用于PCB應(yīng)用時在0.33-1.0之間，在用于金屬切割時在0-0.5之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備硬質(zhì)合金的方法,該方法使用亞微粒度的WC(通過碳熱還原法制備)且含有WC和6—24wt%的Co,該Co采用有亞微型平均粒度的解聚的球形晶粒并具有窄的粒度分布的鈷粉,其中為至少80%的顆粒具有在X±0.2X區(qū)間內(nèi)的尺寸,假定該偏差的區(qū)間(即0.4X)不小于0.1μm。本發(fā)明的特征在于添加< wt－1%的晶粒長大抑制劑,比如VC和/或Cr
文檔編號B23B51/00GK1269842SQ9880887
公開日2000年10月11日 申請日期1998年9月4日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月5日
發(fā)明者阿利斯泰爾·格里爾森, 約翰·奧科特, 邁克爾·約翰·卡彭特 申請人:桑德維克公司