专利名称：制造具有低成型压力的亚微米硬质合金粉末混合物的方法
技术领域：
本发明涉及制造具有低成型压力的细粒级、尤其是亚微米和纳米尺寸的硬质合金粉末的方法以及所得到的粉末。
背景技术：
硬质合金是通过将形成硬质组分的粉末、形成粘结相的粉末和一般为PEG(聚乙二醇)的压模剂(pressing agent)湿磨成浆料，并一般通过喷雾干燥来干燥浆料，工具压制干燥的粉末至要求形状的坯体以及最后进行烧结来制造。在烧结过程中，坯体线性收缩约16-20％。收缩量取决于压制压力、WC粒度、粒度分布和Co含量。压制工具造价昂贵，因此以标准的线性收缩量，例如18％进行制造。通过向一定量粉末施加特定的压制压力得到合适的收缩量。烧结体具有与所期望的尽可能接近的尺寸与形状是非常重要的，以避免昂贵的后烧结操作，例如研磨。但是，如果粒度较细，例如为亚微米或更细，则需要更高的压制压力以获得可提供必要收缩量的压坯密度。由于在压制后的坯体中出现压制裂纹和压制工具的异常磨损、甚至工具破损及对操作者伤害的危险，高的压制压力不是理想的。而且，如果将压制压力保持在特定范围内，对整个烧结零件的尺寸控制将变得容易。
EP-A-1043413公开了一种降低用于亚微米硬质合金的成型压力的方法。所述方法包括预先混合除WC之外的所有组分约三个小时，加入WC粉末，以及最后研磨约十个小时。
在铁粉冶金中常用的压模剂是硬脂酸锌。
发明内容
本发明的一个目的是提供当制造细颗粒的硬质合金时降低压制压力的方法。
令人惊讶地发现，如果使用包含大部分为不饱和脂肪酸的较高分子量的盐的共混的脂肪酸化合物和PEG的混合物作为压模剂，并结合优选在干燥状态下预研磨硬质组分，可以得到18％线性收缩的、在预定的称重下具有降低的成型压力的亚微米硬质合金粉末。
本发明的方法可以用于包含WC和/或其它碳化物以及2-20重量％的钴、优选5-15重量％的钴的各种硬质合金。其对具有0.2-1.2μm、优选0.3-1.0μm的平均粒度，基本上不含＞1.5μm的WC颗粒且含有晶粒生长抑制剂、尤其是＜1重量％的Cr和/或＜1重量％的V的亚微米硬质合金尤其有效。
具体实施例方式
由此，本发明涉及制造易于压制的(ready to press)硬质合金粉末的方法，该粉末适于通过粉末冶金技术，即湿磨、压制和烧结，来生产亚微米硬质合金。湿磨是例如分别在含有WC粉末、其它可能的硬质组分，以及可能为炭黑或钨粉的金属粘结剂和压模剂的乙醇中进行的。所述方法包括使用1-3重量％的压模剂，该压模剂包含＜90重量％的PEG；和10-75重量％、优选25-50重量％的高分子量(C12-＜C20)饱和或不饱和脂肪酸、或其含有Al、Ba、Ca、Co、Cr、Mg、N、Na、V、Zn，优选Co、Cr、N、V或Zn中的至少一种元素的盐的共混，优选通过喷雾干燥来干燥，压制成要求形状的坯体并烧结成致密、均质、高性能的硬质合金刀片。
在本发明的一个优选实施方案中，研磨过程从预磨步骤开始，其中使用具有硬质合金研磨体的球磨或其它适合的干磨工艺来干磨形成硬质组分的粉末2-45小时。需要的干磨时间取决于磨的尺寸、粉末粒度和要求的最终压制压力或收缩量，并且本领域的技术人员可容易地确定。预磨步骤继之以如上所述的最终湿磨步骤。
本发明还涉及用于以低成型压力来制造硬质合金、易于压制的粉末。该粉末含有1-3重量％的下列组合物的压模剂即＜90重量％的PEG；和10-75重量％、优选25-50重量％的高分子量(C12-＜C20)饱和或不饱和脂肪酸，或其含有Al、Ba、Ca、Co、Cr、Mg、N、Na、V、Zn，优选Co、Cr、N、V或Zn中的至少一种元素的盐的共混。在一个优选实施方案中，粉末的粒度是亚微米级。
实施例1根据本发明制备具有0.8μm平均粒径的WC、0.3重量％的Cr、6重量％的Co的组合物的亚微米硬质合金粉末混合物。研磨是在具有8千克研磨体的2.5升实验室研磨机中在乙醇(每千克硬质合金粉末0.3升流体)中进行的，且批料量为2千克。使用下列压模剂1APEG 40g(现有技术)1BPEG 28g和大部分为不饱和脂肪酸的较高分子量的锌盐的共混12g喷雾干燥后，根据标准操作压制并烧结SNUN120408的刀片。在压制操作过程中，取六个刀片的平均值，记录成型压力为下列结果样品成型压力，MPa1A 1551B 77实施例2使用在具有8千克研磨体和2.0千克WC粉末的小型2.5升实验室研磨机中已经预先干磨12小时的WC粉末重复实施例1。得到下列压制压力样品成型压力，MPa2A 130
2B 47对这两个实施例中的烧结刀片进行常规冶金检验。得到了致密的烧结构造，没有发现孔隙或压制裂纹的迹象。但是，对实施例2中的试样记录的压制压力比实施例1中的低得多。而且，发现用于样品1B和2B的压制压力比所对应的样品，即只含有PEG作为压模剂的1A和2A的低很多。这些发现对压制工具的寿命无疑是有利的。
实施例3根据本发明制备具有0.3μm平均粒径的WC、0.5重量％的Cr、10重量％的Co的组合物的亚微米硬质合金粉末混合物。研磨是在具有8千克研磨体的2.5升实验室研磨机中在乙醇(每千克硬质合金粉末0.3升流体)中进行的，且批料量为2千克。使用下列压模剂3APEG 40g(现有技术)3BPEG 25g和大部分为不饱和脂肪酸的较高分子量的锌盐的共混15g3CPEG 25g和硬脂酸钴15g3DPEG 28g和油酸12g喷雾干燥后，根据标准操作压制并烧结SNUN120408的刀片。在压制操作过程中，在0.55的相对压坯密度下取六个刀片的平均值，记录成型压力为下列结果样品成型压力，MPa3A 5503B 4503C 4903D 460对烧结刀片进行常规冶金检验。除试样3A以外，得到了致密的烧结构造，且没有发现压制裂纹或较大孔隙的迹象。
实施例4使用在具有8千克研磨体和2.0千克WC粉末的小型2.5升实验室研磨机中已经预先干磨35小时的WC粉末重复实施例3。当压制到0.55的相对压坯密度时，得到下列压制压力样品成型压力，MPa4A 1954B 1204C 1404D 130对烧结刀片进行常规冶金检验。在4A-4D中得到了致密的烧结构造，没有发现较大的孔隙或压制裂纹的迹象。但是，对实施例4中的试样记录的压制压力比实施例3中的小得多。我们还发现用于试样4B-4D的压制压力明显低于用于只含有PEG作为压模剂的试样4A的压力。这些发现对于最小化压制工具的磨损和工具破损的危险毫无疑问是重要的。
权利要求
1.制造易于压制的硬质合金粉末的方法，所述硬质合金粉末适于通过粉末冶金技术，即研磨、压制和烧结，包括例如在含有WC粉末、以及其它可能的硬质组分、可能为炭黑或钨粉的金属粘结剂及压模剂的乙醇中湿磨，来制造亚微米硬质合金，其特征在于，使用1-3重量％的下列组合物的压模剂即＜90重量％的PEG；和10-75重量％、优选25-50重量％的高分子量(C12-＜C20)饱和或不饱和脂肪酸，或其含有Al、Ba、Ca、Co、Cr、Mg、N、Na、V、Zn，优选Co、Cr、N、V或Zn中的至少一种元素的盐的共混。
2.根据前述权利要求的方法，其特征在于所述硬质合金粉末的粒度是亚微米级。
3.根据前述权利要求中任何一个的方法，其特征在于，在湿磨步骤之前，在具有硬质合金研磨体的球磨中或使用其它适合的干磨工艺预先干磨主要为WC粉末的硬质组分约2-45小时。
4.用于以低成型压力来制造硬质合金、易于压制的粉末，其特征在于，含有1-3重量％的下列组合物的压模剂即＜90重量％的PEG；和10-75重量％、优选25-50重量％的高分子量(C12-＜C20)饱和或不饱和脂肪酸，或其含有Al、Ba、Ca、Co、Cr、Mg、N、Na、V、Zn，优选Co、Cr、N、V或Zn中的至少一种元素的盐的共混。
5.根据权利要求4的粉末，其特征在于硬质合金粉末的粒度是亚微米级。
全文摘要
本发明涉及制造具有低成型压力、易于压制的硬质合金粉末的方法，该粉末适于通过粉末冶金技术，即研磨、压制和烧结，来制造亚微米硬质合金。本方法包括使用1－3重量％的下列组合物的压模剂即＜90重量％的PEG；和10－75重量％、优选25－50重量％的高分子量(C12－＜C20)饱和或不饱和脂肪酸，或其含有Al、Ba、Ca、Co、Cr、Mg、N、Na、V、Zn，优选Co、Cr、N、V或Zn中的至少一种元素的盐的共混。硬质合金粉末的粒度优选为亚微米级。在一个优选的实施方案中，所述方法包括在湿磨步骤之前，在具有硬质合金研磨体的球磨中或使用其它适合的干磨工艺预先干磨主要为WC粉末的硬质组分约2－45小时。本发明还涉及通过本方法得到的粉末。
文档编号B22F9/04GK1903486SQ20061010758
公开日2007年1月31日 申请日期2006年7月27日 优先权日2005年7月29日
发明者奥韦·阿尔姆, 苏珊娜·诺格伦, 阿利斯泰尔·格雷亚尔森 申请人:山特维克知识产权股份有限公司