專利名稱：制造硬質(zhì)合金或金屬陶瓷結(jié)團(tuán)粉末混合物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造結(jié)團(tuán)硬質(zhì)合金、金屬陶瓷或陶瓷粉末混合物的方法，該粉末混合物用于制造金屬切削加工用的切削工具，巖石鉆探用的工具和耐磨零件。
背景技術(shù)：
硬質(zhì)合金或金屬陶瓷合金由基本上基于Co和/或Ni的、5-20vol％粘結(jié)相中的硬質(zhì)成分組成。硬質(zhì)合金中的硬質(zhì)組分通常為碳化物，而金屬陶瓷合金中的硬質(zhì)組分為氮化物和/或碳氮化物，以及也有可能是碳化物。
硬質(zhì)合金或金屬陶瓷體由粉末冶金法制得，其包括以下步驟對(duì)含有形成硬質(zhì)組分和粘結(jié)相以及結(jié)合劑和其他具有特殊性能添加劑的粉末的粉末混合物進(jìn)行濕研磨，然后將研磨的混合物干燥成具有良好流動(dòng)性能的準(zhǔn)備沖壓(ready-to-press)粉末，然后用沖壓工具對(duì)粉末進(jìn)行沖壓或?qū)⒎勰D壓成具有所期望形狀的坯體，最后對(duì)其進(jìn)行燒結(jié)。
該研磨操作能夠制造出適于隨后需要進(jìn)行干燥的漿料。通過(guò)噴射干燥或冷凍造粒后冷凍干燥，對(duì)混合物進(jìn)行干燥。因此，干燥處理后，獲得了通過(guò)結(jié)合劑而結(jié)合在一起的、直徑約為0.1mm的球結(jié)團(tuán)，該結(jié)合劑一般為聚乙二醇，PEG。PEG結(jié)合劑存在于沖壓過(guò)程中，但其在最后的燒結(jié)過(guò)程中被除去。
重要的一點(diǎn)就是，該球結(jié)團(tuán)具有良好的流動(dòng)性能，以允許均勻填充沖壓工具而且允許對(duì)壓實(shí)體中的初始相進(jìn)行重新分配。一般通過(guò)選擇硬質(zhì)球結(jié)團(tuán)來(lái)達(dá)到上述效果。此種球結(jié)團(tuán)通過(guò)利用具有大分子量的PEG制得。這通常會(huì)導(dǎo)致最終燒結(jié)體中多孔問(wèn)題的產(chǎn)生。在壓實(shí)操作過(guò)程中的某一點(diǎn)，為了保證沖壓體的均勻和均一的密度，就需要軟球結(jié)團(tuán)。這可以通過(guò)利用具有小分子量的PEG制得。由于流動(dòng)性低，因此沖壓體具有低孔率，但其密度分布的均勻性較差。當(dāng)大分子量和小分子量的PEG聚合物被混合到一起的時(shí)候，就能夠得到一種折衷，但是，其流動(dòng)性以及生坯體的密度變化都不是最佳的。最佳的情況是，在粒料處理、模具填充過(guò)程中以及在生坯體中，結(jié)合劑具有硬性，而在材料的沖壓過(guò)程中，結(jié)合劑具有軟性。
壓力塑料是一種新材料，它是一種能夠在施加壓力的情況下進(jìn)行加工的嵌段共聚合成物。它是一種由具有軟性聚合物中芯核和硬性聚合物外殼構(gòu)成的芯核-外殼聚合物顆粒，且該顆粒的尺寸范圍為50-200nm。在標(biāo)準(zhǔn)壓力的情況下，該聚合物的芯核以及外殼是不可溶合的，且因此，它們相分離為芯核和外殼。然而，該聚合物的可溶合性隨著壓力的增大而增大，且在高壓下時(shí)，該聚合物相互混合且具有軟性芯核和硬性外殼的中間性能。高壓下增大的溶合性是可逆的，且隨著壓力的降低，聚合物又形成了芯核-外殼的組織結(jié)構(gòu)。
在J.A.Gonzalez-Leon，M.H.Acar，S.-W.RYU，A.-V.G.Ruzette和A.Mnayes的“Low-temperature processing of“baroplastics”bypressure-induced flow”(Nature vol.426，424-428，2003)一文中，記載了一種生產(chǎn)壓力塑料聚合物的方法。該壓力塑料聚合物在常溫下具有低溫可成形性，而且其能夠進(jìn)行重鑄，而不會(huì)產(chǎn)生斷裂。
在J.A.Gonzalez-Leon，S.-W.Ryu，S.A.Hewlett，S.H.Ibrabim和A.Mayes的“Core-shell polymer nanoparticles for baroplasticprocessing”，Macromolecules，vol 38，8036-8044，2005一文中，對(duì)壓力塑料聚合物的性能進(jìn)行了深入研究。特別是對(duì)組成、顆粒尺寸以及組織結(jié)構(gòu)對(duì)其機(jī)械性能的影響進(jìn)行了研究。
美國(guó)專利NO.6,632,883記載了一種能夠在施加壓力的情況下加工的嵌段共聚合成物。同時(shí)，還記載了聚合混合物以及嵌段聚合物的相圖的一種預(yù)測(cè)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種具有良好流動(dòng)性和良好塑性的硬質(zhì)合金或陶瓷球結(jié)團(tuán)的改進(jìn)的制造方法。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的在于提供一種準(zhǔn)備沖壓包含具有良好流動(dòng)性和良好塑性的球結(jié)團(tuán)的硬質(zhì)合金粉末的方法。
令人吃驚的是，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將壓力塑料用作結(jié)合劑，可得到包含具有良好的流動(dòng)性和良好塑性的充分結(jié)團(tuán)的球結(jié)團(tuán)的噴射干燥硬質(zhì)合金或金屬陶瓷粉末。在處理噴射干燥粉末的過(guò)程中和在生坯體中，在標(biāo)準(zhǔn)壓力下，所述結(jié)合劑的硬性被使用，而在沖壓材料，且壓力超過(guò)10Mpa的較高的壓力下時(shí)候，結(jié)合劑的軟性被使用。
所述的壓力塑性材料是一種芯核-外殼聚合物的嵌段共聚合成物，該聚合物包含具有軟性聚合物芯核和硬性聚合物外殼的顆粒，且所述顆粒的尺寸范圍為50-200nm。
優(yōu)選的聚合物的硬成分為聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚己內(nèi)酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚甲基丙烯酸己酯，以及聚合物的軟成分為聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸乙基己酯或聚己內(nèi)酯。
本發(fā)明一方面涉及一種制造準(zhǔn)備沖壓球結(jié)團(tuán)粉末混合物的方法，其包括以下步驟對(duì)含有壓力塑料結(jié)合劑的粉末混合物進(jìn)行濕研磨，然后將所述漿料進(jìn)行噴射干燥，形成球結(jié)團(tuán)粉末。
優(yōu)選地，所述的粉末混合物是一種硬質(zhì)合金、金屬陶瓷或陶瓷粉末混合物，而且從硬性到軟性的所述壓力誘導(dǎo)轉(zhuǎn)變發(fā)生的壓力的范圍為10-50MPa。
更優(yōu)選地，所述的粉末混合物含有基于Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo和/或W的碳化物、氮化物和/或碳氮化物的硬質(zhì)元素粉末，和5-15wt％的Co和/或Ni的金屬粘結(jié)相粉末，以及壓力塑料聚合物的球團(tuán)結(jié)合劑。
本發(fā)明的另一方面涉及一種含有基于Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo和/或W的碳化物、氮化物和/或碳氮化物的硬質(zhì)元素粉末以及Co和/或Ni的金屬粘結(jié)相粉末的球團(tuán)粉末。根據(jù)本發(fā)明所述的球團(tuán)結(jié)合劑是一種壓力塑料聚合物。
本發(fā)明的第個(gè)三方面涉及一種含有基于Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo和/或W的碳化物、氮化物和/或碳氮化物的硬質(zhì)元素粉末，和Co和/或Ni的粘結(jié)相粉末以及結(jié)合劑的漿料。根據(jù)本發(fā)明所述的結(jié)合劑是一種壓力塑料聚合物。
已經(jīng)以硬質(zhì)合金或金屬陶瓷作為參考，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。其中，可明顯看出，本發(fā)明通常適用于利用粉末冶金法，如制陶法，來(lái)制造坯體。


圖1為根據(jù)本發(fā)明所述方法制得粉末的噴射干燥顆粒的放大150倍的SEM照片。
圖2為根據(jù)現(xiàn)有方法制得粉末的噴射干燥顆粒的放大150倍的SEM照片。
圖3為根據(jù)現(xiàn)有方法制得粉末的噴射干燥顆粒的放大150倍的SEM照片。
圖4為根據(jù)本發(fā)明所述方法制得斷裂生坯體的表面照片。
圖5為根據(jù)現(xiàn)有方法制得斷裂生坯體的表面照片。
圖6為根據(jù)現(xiàn)有方法制得斷裂生坯體的表面照片。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1制造出用來(lái)準(zhǔn)備沖壓粉末的硬質(zhì)合金。首先，制得基于93wt％WC、5wt％Co、用作結(jié)合劑的2wt％的壓力塑料聚合物以及0.3l/kg的研磨液的漿料。添加作為乳膠的壓力塑料聚合物，其具有約100nm大的顆粒，該顆粒具有聚苯乙烯的外殼和聚2-乙基己基丙烯酸酯的芯核。將粉末研磨至平均尺寸為3μm的顆粒。利用標(biāo)準(zhǔn)工藝對(duì)漿料進(jìn)行干燥，得到如圖1所示具有良好發(fā)展結(jié)團(tuán)的球團(tuán)粉末混合物。將粉末沖壓成坯體。如圖4所示，斷裂的生坯體顯示出沒(méi)有殘余的球團(tuán)結(jié)構(gòu)。在真空中，在溫度為1410℃下對(duì)生坯體進(jìn)行燒結(jié)。
實(shí)施例2將PEG4000作為結(jié)合劑，重復(fù)實(shí)施例1。球團(tuán)的外形如圖3所示，且其斷裂的生坯體的組織結(jié)構(gòu)如圖5所示。
實(shí)施例3將60％的PEG4000和40％的PEG300的混合物作為結(jié)合劑，重復(fù)實(shí)施例1。球團(tuán)的外形如圖2所示，其斷裂的生坯體的組織結(jié)構(gòu)如圖6所示。
實(shí)施例4根據(jù)ISO4490，對(duì)實(shí)施例1、2和3中所述的粉末進(jìn)行流動(dòng)時(shí)間的測(cè)量。根據(jù)ISO4505，測(cè)量經(jīng)過(guò)拋光的燒結(jié)體橫截面上的孔隙度。測(cè)量的結(jié)果如下所示。

權(quán)利要求
1.一種制造準(zhǔn)備沖壓結(jié)團(tuán)粉末混合物的方法，其通過(guò)濕研磨含有結(jié)合劑的粉末混合物，并將所述的漿料噴射干燥成結(jié)團(tuán)粉末來(lái)進(jìn)行，其特征在于所述的結(jié)合劑是一種壓力塑料聚合物，其具有從硬到軟的壓力誘導(dǎo)轉(zhuǎn)變。
2.如權(quán)利要求1所述的一種方法，其特征在于所述的粉末混合物為硬質(zhì)合金、金屬陶瓷或陶瓷粉末混合物，且從硬到軟的所述壓力誘導(dǎo)轉(zhuǎn)變發(fā)生的壓力范圍為10-50MPa。
3.如權(quán)利要求1所述的一種方法，其特征在于所述的壓力塑性材料為一種芯核-外殼聚合物的嵌段共聚物合成物，該聚合物包含具有軟性聚合物的芯核和硬性聚合物外殼的顆粒，且所述顆粒的尺寸范圍為50-200nm。
4.如權(quán)利要求3所述的一種方法，其特征在于所述的壓力塑料聚合物包括硬成分，其中聚合物為聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚己內(nèi)酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚甲基丙烯酸己酯，以及軟成分，其中聚合物為聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸乙基己酯或聚己內(nèi)酯。
5.含有硬質(zhì)合金、金屬陶瓷或陶瓷粉末混合物的粉末，其特征在于所述粉末含有具有在壓力范圍10-50MPa內(nèi)從硬到軟的壓力誘導(dǎo)轉(zhuǎn)變的壓力塑料聚合物。
6.如權(quán)利要求5所述的粉末，其特征在于所述的壓力塑性材料為一種芯核-外殼聚合物的嵌段共聚物合成物，該聚合物包含具有軟性聚合物芯核和硬性聚合物外殼的顆粒，且所述顆粒的尺寸范圍為
7.如權(quán)利要求6所述的粉末，其特征在于所述的壓力塑料聚合物包括硬成分，其中聚合物為聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚己內(nèi)酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚甲基丙烯酸己酯，以及軟成分，其中聚合物為聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸乙基己酯或聚己內(nèi)酯。
8.含有硬質(zhì)合金、金屬陶瓷或陶瓷粉末混合物的漿料，其特征在于所述漿料含有具有在壓力范圍內(nèi)10-50MPa從硬性到軟性的壓力誘導(dǎo)轉(zhuǎn)變的壓力塑料聚合物。
9.如權(quán)利要求8所述的漿料，其特征在于所述的壓力塑性材料為一種芯核-外殼聚合物的嵌段共聚物組合物，該聚合物包含具有軟性聚合物芯核和硬性聚合物外殼的顆粒，且所述顆粒的尺寸范圍為50-200nm。
10.如權(quán)利要求9所述的漿料，其特征在于所述的壓力塑料聚合物包括硬成分，其中聚合物為聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚己內(nèi)酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚甲基丙烯酸己酯，以及軟成分，其中聚合物為聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸乙基己酯或聚己內(nèi)酯。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過(guò)濕研磨含有結(jié)合劑的粉末混合物，并將所述漿料噴射干燥成結(jié)團(tuán)粉末的準(zhǔn)備沖壓的結(jié)團(tuán)粉末混合物的制造方法，其中所述的結(jié)團(tuán)粉末有用于制造金屬加工用的切削工具、巖石鉆探用工具和耐磨零件。如果所述的結(jié)合劑為具有從硬到軟的壓力誘導(dǎo)轉(zhuǎn)變的壓力塑料聚合物，則能夠得到具有良好的流動(dòng)性和良好塑性的很好發(fā)展的結(jié)團(tuán)。在處理噴射干燥粉末的過(guò)程中以及在生坯體中，在標(biāo)準(zhǔn)壓力下，結(jié)合劑的硬的性能被使用，而當(dāng)壓力超過(guò)10－50MPa時(shí)，在沖壓材料的過(guò)程中，在較高的壓力下，較軟的性能被使用。
文檔編號(hào)C08L53/00GK101081739SQ20071010883
公開日2007年12月5日 申請(qǐng)日期2007年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月31日
發(fā)明者安尼卡·考皮, 烏爾夫·尤特斯特倫 申請(qǐng)人:山特維克知識(shí)產(chǎn)權(quán)股份有限公司