專利名稱：制造硬質(zhì)合金粉末混合物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用低的成型壓力制造硬質(zhì)合金粉末的方法，特別是制造亞微米級和納米級粉末的方法。
背景技術(shù)：
通過將形成硬質(zhì)組分的粉末、形成粘結(jié)相的粉末和壓制劑濕研磨成漿狀物，通常利用噴霧干燥的方法來干燥漿狀物，利用工具壓制將干燥的粉末壓制成具有所需形狀的坯體，最后進(jìn)行燒結(jié)，從而制造硬質(zhì)合金，壓制劑一般為PEG，聚乙二醇。在燒結(jié)過程中，坯體大概線性地收縮16-20％。收縮率取決于將粉末壓制成粉末以制造生坯過程中獲得的理論密度的百分率(％)(＝壓坯密度)，而壓坯密度又取決于成型壓力、WC晶粒尺寸、晶粒尺寸的分布、Co含量和壓制劑。制造壓制工具的成本高并且因而制造例如18％的標(biāo)準(zhǔn)收縮率的壓制工具的成本也昂貴。通過向壓緊物施加足夠的成型壓力以給出需要的壓坯密度，能夠獲得收縮率。極為重要的是燒結(jié)坯體的尺寸盡可能接近需要的尺寸，以便避免昂貴的后續(xù)燒結(jié)操作，例如研磨。然而，如果晶粒的尺寸很細(xì)小，例如一個亞微米或更小，就需要更高的成型壓力以獲得必要的收縮量。在工業(yè)上，人們想到提高晶粒尺寸減小的碳化物粉末內(nèi)部的內(nèi)摩擦?xí)鸶叩膲褐频挚沽?。由于存在產(chǎn)生壓制缺陷的危險，例如壓制坯體內(nèi)的裂紋或孔、壓制工具的不正常磨損、甚至包括產(chǎn)生人身傷害的壓制工具故障的危險，所以高的成型壓力是不合需要的。而且，如果將成型壓力保持在一定的合乎需要并且實(shí)用的范圍內(nèi)，會促進(jìn)對燒結(jié)部分的尺寸控制。
長期以來，工業(yè)上已知脂肪酸及其鹽和酯具有潤滑性能。有時脂肪酸及其鹽和酯的碳鏈長度是其特點(diǎn)。油酸和硬脂酸都是18碳鏈等效物，經(jīng)常被稱為C-18，芥酸和山崳酸具有自然產(chǎn)生的脂肪酸中最長的碳鏈之一(C-22)。
EP-A-1043413中公開一種降低亞微米級硬質(zhì)合金的成型壓力的方法。該方法由將WC之外的所有成分預(yù)先混和大約三個小時、添加WC粉末和然后最后研磨大約十個小時構(gòu)成。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種在制造細(xì)小晶粒的硬質(zhì)合金時降低壓制壓力的方法。
根據(jù)本發(fā)明的方法，通過將形成硬質(zhì)組分的粉末和形成粘結(jié)相的粉末與特別的壓制劑一起進(jìn)行濕研磨，然后干燥獲得的漿狀物，優(yōu)選通過噴霧干燥的方法進(jìn)行干燥，而形成具有良好流動性能的團(tuán)塊。
已經(jīng)驚喜地發(fā)現(xiàn)，通過使用1-3wt％的壓制劑與下述成分＜＝90wt％的PEG和＞＝10wt％的C≥20的長鏈脂肪酸及其酯和鹽，優(yōu)選為90到60wt％、最優(yōu)選為90-65wt％的PEG和優(yōu)選為10-40wt％、最優(yōu)選為10-35wt％的脂肪酸及其酯和鹽，能夠獲得這樣的硬質(zhì)合金粉末，其在18％收縮率內(nèi)的預(yù)定稱重下具有降低的成型壓力。
在一個實(shí)施例中，使用飽和、多不飽和以及特別是單不飽和的脂肪酸，以及在其它的實(shí)施例中使用二元酸、兩個酸組和長鏈脂肪酸。
在優(yōu)選實(shí)施例中，所述脂肪酸為芥酸和/或山崳酸(behenic acid)。
本發(fā)明的方法能夠應(yīng)用到任何的硬質(zhì)合金成分中，但是優(yōu)選用于包括WC和2-20wt％的粘結(jié)相的硬質(zhì)合金中，粘結(jié)相通常是鈷，但是也可能帶有合金添加劑，例如鎳或鐵，優(yōu)選為6-12wt％的具有晶粒生長抑制劑的粘結(jié)劑，特別是＜1wt％的Cr和＜1wt％的V。優(yōu)選地，WC的平均晶粒尺寸在0.1-1.0μm的范圍內(nèi)，優(yōu)選為0.2-0.6μm，而且實(shí)質(zhì)上沒有晶粒尺寸＞1.5μm的WC。
本發(fā)明還涉及具有低成型壓力的可壓(ready-to-press)硬質(zhì)合金粉末，其含有1-3wt％的壓制劑和下述成分＜＝90wt％的PEG和＞＝10wt％的C≥20的長鏈脂肪酸及其酯和鹽，優(yōu)選為90-60wt％、最優(yōu)選為90-65wt％的PEG和優(yōu)選為10-40wt％、最優(yōu)選為10-35wt％的脂肪酸及其酯和鹽。芥酸和/或山崳酸是優(yōu)選的脂肪酸。硬質(zhì)合金粉末具有下述成分，包括WC和2-20wt％的粘結(jié)劑，粘結(jié)劑通常是鈷，但也可能還具有合金添加劑，例如鎳或鐵，優(yōu)選是帶有晶粒生長抑制劑的6-12wt％的粘結(jié)劑，特別是＜1wt％的Cr和＜1wt％的V。WC晶粒優(yōu)選具有范圍在0.1-1.0μm范圍內(nèi)的平均晶粒尺寸，優(yōu)選為0.2-0.6μm，而且實(shí)質(zhì)上沒有晶粒尺寸＞1.5μm的WC。
實(shí)施例1根據(jù)本發(fā)明，利用PEG和芥酸的不同混合物制造亞微米級硬質(zhì)合金混合物，其成分為10wt％的鈷、小于1wt％的鉻和余量的0.4μm的碳化鎢(WC)粉末，每種混合物達(dá)到粉末重量的+2wt％。在乙醇等溶液中進(jìn)行研磨。
測量燒結(jié)收縮率為18％的壓制壓力
對于這種晶粒尺寸的WC，一個優(yōu)化的交換是用0.4wt％的PEG代替芥酸，實(shí)現(xiàn)壓制壓力減小42％，而獲得18％的收縮率。
實(shí)施例2根據(jù)本發(fā)明，利用與實(shí)施例1的成分相同的成分制造亞微米級硬質(zhì)合金粉末混合物，除了采用更細(xì)小的0.2μm WC之外。并且仍然在乙醇中進(jìn)行研磨。測試PEG和其它脂肪酸的不同混合物，每種混合物達(dá)到粉末重量的+1.5和+2.0wt％之間。在這些非常細(xì)的碳化物粉末中，要壓制出PS21測試試樣，實(shí)現(xiàn)19％的目標(biāo)收縮率(即，＞190Mpa)，恒定的最大壓力載荷4000kg是不夠的。因此，對于每個變量(小范圍)，測試兩個樣品的壓制高度和收縮率。
使用下列壓制劑
發(fā)現(xiàn)，對于壓制0.2微米的碳化物粉末，較長碳鏈(＞或＝C20)的脂肪酸作為潤滑劑最有效，不用PEG僅用這種脂肪酸就最為有效。但是，PEG對壓制品提供更好的壓坯強(qiáng)度，為此，可能還需要保留一些PEG。
實(shí)施例3根據(jù)本發(fā)明，制造硬質(zhì)合金粉末，其成分為7.0wt％的鈷、＜1.0wt％的鉻、＜1.0wt％的釩和余量的0.3μm的WC粉末。測試或者與1.5wt％的PEG混和或者與1.0wt％的PEG+0.5wt％的芥酸混和的兩個變量
權(quán)利要求
1.一種利用低的成型壓力制造硬質(zhì)合金粉末的方法，其特征在于，采用1-3wt％的壓制劑和下列成分＜＝90wt％的PEG和＞＝10wt％的C≥20的長鏈脂肪酸及其酯和鹽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述脂肪酸為飽和、多不飽以及特別是單不飽和的脂肪酸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述脂肪酸為芥酸和/或山崳酸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用二元、兩個酸組的長鏈脂肪酸。
5.根據(jù)前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述粉末除了包含WC之外，還包含2-20wt％的粘結(jié)劑，所述粘結(jié)劑一般為鈷，但也可能還具有合金添加劑，例如鎳或鐵，優(yōu)選為包含帶有晶粒生長抑制劑的6-12wt％的粘結(jié)劑，特別是＜1wt％的Cr和＜1wt％的V。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，WC晶粒的平均晶粒尺寸在0.1-1.0μm的范圍內(nèi)，優(yōu)選在0.2-0.6μm的范圍內(nèi)。
7.一種具有低的成型壓力的可壓硬質(zhì)合金粉末，其特征在于，所述粉末含有1-3wt％的壓制劑和下述成分＜＝90wt％的PEG和＞＝10wt％的C≥20的長鏈脂肪酸及其酯和鹽。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可壓硬質(zhì)合金粉末，其特征在于，所述脂肪酸為芥酸和/或山崳酸。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的可壓硬質(zhì)合金粉末，其特征在于，所述粉末除了包含WC之外，還包含2-20wt％的粘結(jié)劑，所述粘結(jié)劑一般為鈷，但也可能還具有合金添加劑，例如鎳或鐵，優(yōu)選為包含帶有晶粒生長抑制劑的6-12wt％的粘結(jié)劑，特別是＜1wt％的Cr和＜1wt％的V。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可壓硬質(zhì)合金粉末，其特征在于，WC晶粒的平均晶粒尺寸在0.1-1.0μm的范圍內(nèi)，優(yōu)選在0.2-0.6μm的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造硬質(zhì)合金粉末的方法，其中將形成硬質(zhì)成分的粉末和形成粘結(jié)相的粉末與壓制劑一起進(jìn)行濕研磨，然后干燥獲得的漿狀物，優(yōu)選通過噴霧干燥的方法進(jìn)行干燥，將獲得的坯體壓成需要的形狀并進(jìn)行燒結(jié)。使用1－3wt％的壓制劑與下述成分＜＝90wt％的PEG和＞＝10wt％的C≥20的長鏈脂肪酸及其酯和鹽，特別是芥酸和/或山崳酸，能夠獲得這樣的硬質(zhì)合金粉末，其在18％收縮率內(nèi)的預(yù)定稱重下具有降低的成型壓力。本發(fā)明還涉及具有低的成型壓力的硬質(zhì)合金粉末。
文檔編號B22F3/02GK1891378SQ200610094159
公開日2007年1月10日 申請日期2006年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月27日
發(fā)明者阿利斯泰爾·格雷亞爾森, 喬納森·費(fèi)爾, 里卡德·桑德貝里 申請人:山特維克知識產(chǎn)權(quán)股份有限公司