金屬陶瓷、金屬陶瓷的制備方法以及切削工具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及金屬陶瓷、金屬陶瓷的制備方法以及包含所述金屬陶瓷的切削工具， 其中該金屬陶瓷包含至少具有Ti的硬質(zhì)相顆粒以及包含Ni和Co中的至少一者的結(jié)合相。
【背景技術(shù)】
[0002] 切削工具的主體（基材）中利用了稱為金屬陶瓷的硬質(zhì)材料。金屬陶瓷是其中硬 質(zhì)相顆粒被鐵族金屬結(jié)合相結(jié)合在一起的燒結(jié)體，并且金屬陶瓷為其中諸如碳化鈦（TiC)、 氮化鈦（TiN)或碳氮化鈦（TiCN)之類的Ti化合物被用作硬質(zhì)相顆粒的硬質(zhì)材料。與其中 碳化鎢（WC)用于主要硬質(zhì)相顆粒中的燒結(jié)硬質(zhì)合金相比，金屬陶瓷具有如下優(yōu)點(diǎn)，如：[1] 降低了稀缺資源鎢的用量，[2]具有高耐磨性，[3]在鋼切削中可獲得精細(xì)加工表面，和[4] 重量輕。另一方面，金屬陶瓷存在的問(wèn)題在于：其強(qiáng)度和韌性低于燒結(jié)硬質(zhì)合金，容易受到 熱沖擊，因此其加工應(yīng)用受到限制。
[0003] -些金屬陶瓷中的硬質(zhì)相顆粒具有由芯部和圍繞該芯部的外周部構(gòu)成的含芯結(jié) 構(gòu)。該芯部富含TiC或TiCN，并且外周部富含Ti復(fù)合化合物，該Ti復(fù)合化合物包含Ti和 另一種金屬（如在日本使用的元素周期表中的IV族、V族和/或VI族元素）。外周部改善 了硬質(zhì)相顆粒和結(jié)合相之間的潤(rùn)濕性，賦予了金屬陶瓷以良好的可燒結(jié)性，并由此有助于 改善金屬陶瓷的強(qiáng)度和韌性。本領(lǐng)域技術(shù)人員試圖（例如）通過(guò)控制這種含芯結(jié)構(gòu)的組成 來(lái)進(jìn)一步改善金屬陶瓷的強(qiáng)度和韌性（例如，參見(jiàn)專利文獻(xiàn)1至專利文獻(xiàn)4)。
[0004] 引用列表
[0005] 專利文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)1:日本未審查的專利申請(qǐng)公開No. 06-172913
[0007] 專利文獻(xiàn)2:日本未審查的專利申請(qǐng)公開No. 2007-111786
[0008] 專利文獻(xiàn)3 :日本未審查的專利申請(qǐng)公開No. 2009-19276
[0009] 專利文獻(xiàn)4 :日本未審查的專利申請(qǐng)公開No. 2010-31308

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 技術(shù)問(wèn)題
[0011] 盡管一些現(xiàn)有金屬陶瓷的強(qiáng)度和韌性得以改善，然而對(duì)于某些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，它們可 能不具有足夠高的強(qiáng)度和韌性。尤其是，當(dāng)將包含現(xiàn)有的金屬陶瓷的切削工具用于100m/ min以上的切削速度下的切削時(shí)或用于斷續(xù)切削時(shí)，熱傾向于積聚在切削工具的切削刃及 其附近，這往往會(huì)導(dǎo)致后刀面磨損、前刀面磨損（月牙洼磨損）、熱龜裂和由此導(dǎo)致的斷裂。
[0012] 鑒于上述情況，本發(fā)明的目的在于提供一種金屬陶瓷及其制備方法，該金屬陶瓷 能夠構(gòu)成耐熱性切削工具。本發(fā)明的另一目的在于提供一種耐熱性切削工具。
[0013] 解決問(wèn)題的方案
[0014] 切削期間熱傾向于積聚在現(xiàn)有切削工具的切削刃及其附近的原因可能是由于切 削刃的熱量不能通過(guò)切削工具的內(nèi)部耗散。因此，本發(fā)明人研究了金屬陶瓷的熱性能，發(fā)現(xiàn) 由于具有含芯結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)相顆粒的外周部中的Ti復(fù)合化合物具有固溶體結(jié)構(gòu)，因此，外周 部的導(dǎo)熱率低于由Tic或TiN構(gòu)成的芯部的導(dǎo)熱率。雖然外周部有助于改善金屬陶瓷的可 燒結(jié)性，但是據(jù)發(fā)現(xiàn)，金屬陶瓷中過(guò)量的外周部顯著降低了金屬陶瓷的導(dǎo)熱率，從而降低了 金屬陶瓷的耐熱性?；谶@些發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的金屬陶瓷和根據(jù)本發(fā)明的一 個(gè)方面的金屬陶瓷的制備方法如下所述。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的金屬陶瓷是這樣的一種金屬陶瓷，其包括：包含Ti的硬 質(zhì)相顆粒；和包含Ni和Co中的至少一者的結(jié)合相，并且70%以上（個(gè)數(shù)）的硬質(zhì)相顆粒 具有含芯結(jié)構(gòu)，所述含芯結(jié)構(gòu)包括芯部和圍繞所述芯部的外周部。具有含芯結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)相 顆粒的芯部主要由Ti碳化物、Ti氮化物和Ti碳氮化物中的至少一種構(gòu)成。具有含芯結(jié)構(gòu) 的硬質(zhì)相顆粒的外周部主要由包含Ti以及選自W、Mo、Ta、Nb和Cr中的至少一種的Ti復(fù) 合化合物構(gòu)成。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的金屬陶瓷中，所述芯部的平均粒徑為α，所述外 周部的平均粒徑為β，并且α和β滿足1. 1彡β/α彡1. 7。
[0016] 如下所述，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的制造金屬陶瓷的方法包括準(zhǔn)備步驟、混合步 驟、成形步驟和燒結(jié)步驟。
[0017] ?準(zhǔn)備步驟：準(zhǔn)備如下粉末：第一硬質(zhì)相原料粉末，其包含Ti碳化物、Ti氮化物和 Ti碳氮化物中的至少一種；第二硬質(zhì)相原料粉末，其包含選自W、Mo、Ta、Nb和Cr中的至少 一種；和結(jié)合相原料粉末，其包含Co和Ni中的至少一者。
[0018] ?混合步驟：在磨碎機(jī)中將第一硬質(zhì)相原料粉末、第二硬質(zhì)相原料粉末和結(jié)合相原 料粉末混合。在該混合步驟中，磨碎機(jī)的周速為l〇〇m/min至400m/min，并且混合時(shí)間在0. 1 小時(shí)至5小時(shí)的范圍內(nèi)。
[0019] ?成形步驟：將在混合步驟中制備的混合原料成形。
[0020] ?燒結(jié)步驟：將在成形步驟中制備的成形體燒結(jié)。
[0021] 本發(fā)明的有益效果
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的金屬陶瓷具有高的耐熱性。根據(jù)本發(fā)明的耐熱性金屬陶瓷能夠通過(guò) 根據(jù)本發(fā)明的金屬陶瓷的制備方法來(lái)制備。
[0023] 附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0024] [圖1]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的金屬陶瓷的掃描電子顯微鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0025] [本發(fā)明實(shí)施方案的描述]
[0026] 首先，以下將描述本發(fā)明的實(shí)施方案。
[0027] 〈1>根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的金屬陶瓷是這樣的一種金屬陶瓷，其包括：包含Ti 的硬質(zhì)相顆粒；和包含Ni和Co中的至少一者的結(jié)合相，并且70%以上（個(gè)數(shù)）的硬質(zhì)相 顆粒具有含芯結(jié)構(gòu)，所述含芯結(jié)構(gòu)包括芯部和圍繞芯部的外周部。具有含芯結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)相 顆粒的芯部主要由Ti碳化物、Ti氮化物和Ti碳氮化物中的至少一種構(gòu)成。具有含芯結(jié)構(gòu) 的硬質(zhì)相顆粒的外周部主要由包含Ti以及選自W、Mo、Ta、Nb和Cr中的至少一種的Ti復(fù) 合化合物構(gòu)成。所述芯部的平均粒徑為α，所述外周部的平均粒徑（S卩，具有含芯結(jié)構(gòu)的硬 質(zhì)相顆粒的平均粒徑）為β，且α和β滿足1. 1彡β/α彡1. 7。
[0028] 具有滿足上式的含芯結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)相顆粒的導(dǎo)熱率低的外周部薄，且該硬質(zhì)相顆粒 具有高導(dǎo)熱率。因此，包含具有這種含芯結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)相顆粒的金屬陶瓷具有比現(xiàn)有金屬陶 瓷更高的導(dǎo)熱率，所保留的熱量更少，并且受到的熱損傷更少。
[0029]〈〈硬質(zhì)相顆?！?br>[0030] 具有含芯結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)相顆粒占全部硬質(zhì)相顆粒的70%以上。不具有含芯結(jié)構(gòu)的硬 質(zhì)相顆粒為幾乎不具有外周部的硬質(zhì)相顆粒，即，為Ti碳化物顆粒、Ti氮化物顆粒或Ti碳 氮化物顆粒。具有含芯結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)相顆粒優(yōu)選占全部硬質(zhì)相顆粒的90%以上，從而保持金 屬陶瓷的可燒結(jié)性。
[0031] 具有含芯結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)相顆粒的芯部主要由Ti碳化物、Ti氮化物和Ti碳氮化物中 的至少一種構(gòu)成。即，芯部基本上由Ti化合物構(gòu)成。因此，芯部的Ti含量為50質(zhì)量％以 上。
[0032] 具有含芯結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)相顆粒的外周部主要由Ti復(fù)合化合物（=包含Ti以及選自 W、Mo、Ta、Nb和Cr中的至少一種的化合物）構(gòu)成。即，外周部基本上由Ti復(fù)合化合物構(gòu) 成。因此，外周部的W、Mo、Ta、Nb和Cr的含量為50質(zhì)量％以上。
[0033] 在本說(shuō)明書中，芯部的平均粒徑α(μπι)和外周部的平均粒徑β(μπι)是在金屬 陶瓷的截面的圖像分析中，截面圖像中的水平方向的費(fèi)雷特（Feret's)直徑和垂直方向的 費(fèi)雷特直徑的平均值。更具體地說(shuō)，關(guān)于截面圖像中的至少200個(gè)具有含芯