分散体、其制造方法及其用途的制作方法

专利名称：分散体、其制造方法及其用途的制作方法
分散体、其制造方法及其用途本发明涉及分散体，其中该分散体含有硬质材料颗粒和至少一种有机粘合剂和/或至少一种增塑剂，且该硬质材料颗粒具有由熔融碳化鹤(Wolframschmelzcarbid)构成的内芯和由碳化钨构成的外壳。由于其高硬度和韧度，熔融碳化钨(WSC)是用于磨损保护的特别有利的化合物。但是，WSC在用于涂布用途和用于制造钻头的分散体中的应用受限于必需的热处理。在该热处理中，将WSC暴露在液体金属浴中，其中一部分WSC在该金属浴中溶解，这在以后对处理过的部件的性质具有不利作用。该制造方法中所用的温度与所用的粘合剂金属有关联。WSC的溶解速率又取决于所用粘合剂金属本身的化学性质和所用温度。常用粘合剂金属对WSC的侵蚀性以Fe>Ni>Cu顺序降低。具有由碳化钨构成的壳和由熔融碳化钨构成的芯的硬质材料兼具在颗粒内部中的熔融碳化物的高硬度和韧度与WC壳在高温金属基质中的耐化学性。这种特别的硬质材料在下文中被称作macroline WSC。硬质材料的一个特别有利的使用形式是在有机粘合剂中的分散体。可以简单且便宜地制造分散体并例如施加到表面上。通过有针对性地调节粘度、通过加入另外的硬质材料或金属粉末或进一步的机械精制步骤，例如捏合或压延能为特定用途制造分散体。但是，粘度的设定影响分散体的加工性质。硬质材料分散体的特别有利的加工范围是从涂料和膏到自承但挠性的部件例如箔的粘度范围。该分散体的使用领域尤其在表面涂覆领域中以及在钻头的制造中。在此，分散体有利地通过焊接工艺或浸渗接合到经受应力的部件上。在此，冶金结合所需的焊料同样常作为分散体，例如作为带来提供。硬质材料分散体和焊料分散体也可作为多层存在。或者，也可以将焊料独立于硬质材料供应，例如在钻头的浸渗中。由DE10354543 B3已知碳化钨粉末(cWSC)的制造，其中该粉末颗粒具有由熔融碳化钨(WSC)构成的芯和由一碳化钨构成的壳。通过在碳源存在下将熔融碳化钨粉末加热至1300-2000°C的温度进行cWSC的制造。该cWSC粉末可具有破碎的尖锐边缘的或球形形态。cWSC的极大优点在于对液态金属的耐化学性，这在例如涂料的钎焊和焊接中或在钻头的浸渗中非常重要。通过WC壳使WSC对粘合剂金属稳定，导致最大程度地保持了所用硬质材料含量并由此导致避免了在固化过程中脆的碳化物的析出并导致金属浴的粘度的稳定，所述粘合剂金属大多为镍、铜、钴或铁合金，其含各种合金元素，例如Mn、P、B或Si。DE 10354543B3尤其要求用由粉末或粉末混合物出发的常规方法例如焊接或喷涂将WSC用于表面涂覆的用途。由DE 2115358和US 3743556已知制造由分散在金属中的细填料构成的层的方法。根据US 3743556，含有有机材料、金属粉末和碳化钨的带的制造自70年代以来一直是现有技术。其中还提到使用金刚石作为填料。但是，上述文献没有指出可将金刚石安置在该带中的规定位置。US 5164247描述了改进借助于经填充的带制成的层的耐磨性的方法。在此提出借助于辊轧技术使该带密实。US 6649682 BI描述了像涂料那样施加的硬质材料用于磨损保护，特别是用于制造特别薄的层的用途。其明确强调所用硬质材料不允许溶解在金属浴中。US 6309761 BI谈及了在通过焊接工艺涂覆时所用的材料的温度敏感性的一般问题，如优选用于例如将带、膏或涂料施加到钢体上。通过例如在焊接工艺过程中的热输入不仅对硬质材料而且对基底具有不利作用。通过使用所谓的“预成型坯”来避免该问题。这意味着将涂料预先施加到热不敏感的金属基底上，然后与这种金属基底一起施加到要涂布的实际部件上。这种解决方案是用于保护要涂布的部件的微观结构的一种方案。W02004/085690描述了在添加选自T1、V、Nb和Ta的掺杂元素的情况下制造球形熔融碳化钨(WSC)和单相碳化钨(WC)的方法。所有援引的发明具有共同点，即磨损保护领域中的最佳材料之——经典的熔融碳化钨一没有应用于通过焊接过程的涂覆的实践中。其原因是在焊接过程中WSC在金属浴中溶解，这使保护层不可用。因此本发明的目的是提供含硬质材料的体系，其中所述硬质材料具有硬度、韧度和耐金属熔体性的尽可能最佳的组合。此外，该含硬质材料的体系应适用于涂料、膏至自承但挠性的部件，例如箔。本发明的另一目的是也提供可用于如表面涂布，特别是钻头制造之类的应用领域的含硬质材料的体系。本发明的目的通过分散体得以实现，其中该分散体含有硬质材料颗粒和至少一种有机粘合剂和/或至少一种增塑剂，其中该硬质材料颗粒具有由熔融碳化钨构成的内芯和由碳化鹤构成的外壳。该分散体也可含有硬质材料颗粒和至少一种有机粘合剂和/或至少一种增塑剂，其中该硬质材料颗粒具有由熔融碳化钨和/或熔融碳化钨与选自元素周期表4A、5A和6A族的元素的至少一种其它碳化物的合金构成的内芯和由碳化钨与选自元素周期表4A、5A和6A族的元素的至少一种其它碳化物的合金构成的外壳。如果该硬质材料颗粒的内芯或外壳由熔融碳化鹤与选自元素周期表4A、5A和6A族的元素的其它碳化物，即元素T1、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo的至少一种碳化物的合金构成，则其它碳化物的总含量可以为最多10重量％。在本发明的一个有利的实施方案中，还可存在焊料，特别是硬焊料或高温焊料。在另一有利的实施方案中，还可存在各种硬质材料的混合物，在这种情况下硬质材料之一应始终是具有由熔融碳化钨构成的芯的碳化钨。已经证实，该硬质材料颗粒，任选与焊料粉末一起，可以在含有有机粘合剂和任选增塑剂的粘合剂悬浮液存在下加工成稳定粉浆(Schlicker)。因为被焊料轻微润湿，所以该硬质材料颗粒可以良好地并入焊料基质中。通过将该粉浆浇注成例如相应的磨损保护箔、膏或涂料，对硬质材料颗粒在焊料基质中的分布几乎没有影响。这可归因于有机粘合剂的使用，由此在该组合物的制造过程中使硬质材料在金属基质中的良好分布稳定化。在低于400°C的低温下的该物料的随后干燥或从箔中脱除粘合剂同样没有显著影响该物料中的颗粒分布。此外，如果将其加工成箔，也可以预烧结得到的物料，即在将其施加到部件上之前对该箔施以烧结步骤，以在后继步骤中产生磨损保护层。通过箔的预烧结减少在所需部件上制造磨损保护层时该箔的收缩。但是，这不排除将尚未预烧结或尚未脱除粘合剂的磨损保护箔直接施加到各自的部件上，接着脱除粘合剂并进一步加工。此外，预烧结箔也容易粘贴到部件上或可使用附加焊料，例如借助于火焰焊接法钎焊或焊接到部件上。在本发明的另一实施方案中，也可以将根据本发明的预烧结或未预烧结的磨损保护箔置于模具中，该模具填充有粉末混合物(例如得自碳化钨或其它硬质材料)并随后被金属粘合剂或焊料完全渗入。由此，在未预烧结的磨损保护箔的情况下，烧除有机粘合剂并用金属粘合剂或焊料渗入由硬质材料构成的所得多孔结构。这种方式例如适合用于制造钻头。则该模具通常是石墨模具。在本发明的另一实施方案中，分散体中的附加填料可以是金刚石。如果该分散体以箔的形式构造，则根据本发明存在这样的可能性，即根据给定的图纸将所述金刚石引入该箔中的一定的几何给定位置。通过焊接-或涂布工艺不应显著改变该位置，由此仍可将含金刚石的分散体有利地用于表面的有针对性地保护。本发明还提供包含得自根据本发明的分散体的磨损保护箔。本文所述的磨损保护箔、膏或涂料因此特别适合通过硬焊或高温焊接，特别是在真空炉中施加到部件上。在预烧结的磨损保护箔的情况下，也可以将其粘贴、钎焊或焊接。甚至在烧结、预烧结、硬焊-或高温焊接工序中的高温后，所得磨损保护层仍表现出在颗粒分布方面的几乎各向同性的微结构和极低的孔隙率，因此在部件的整个要精制的表面上获得了低磨损和高硬度。通过该硬质材料颗粒良好的可为焊料所润湿的性能减少孔隙形成，因为在金属包封的硬质材料颗粒和焊料之间的界面处产生良好粘合。根据本发明使用的硬质材料颗粒(下文简称为“macroline WSC”)特别是熔融碳化钨颗粒或其与元素T1、Zr、Hf、V、Mo、Nb、Ta和Cr的至少一种碳化物的合金并具有由碳化钨构成的壳。熔融碳化钨(WSC)是WC和W2C的混合物，其特别是由WC和W2C构成的共晶微结构。WSC是WC和碳化二钨(W2C)的共晶混合物，其中平均碳质量比通常在3.8至4.2重量％之间。这相当于73-80重量％W2C和20-27重量％WC的相分布。WSC具有极细粒的晶体微结构，其常被描述为羽状结构并通过碳化物熔体的快速淬火获得。所述颗粒的壳由一碳化钨，也称作碳化钨WC构成。特别优选的具有WC壳的熔融碳化钨是Macroline熔融碳化钨(WSC，来自 H.C.Starck GmbH 的 Amperweld 粉末系列)。根据本发明使用的硬质材料，即macroline WSC可通过渗碳到所需深度而将WSC转变成WC来制得，并通常可用于制备磨损保护层和耐磨构件。根据本发明使用的macroline WSC的特点尤其是，如果将其以常规方式加工，即与液态基质材料接触，在WC/WSC复合材料的芯中也保持了 WSC的优异韧度和硬度。根据本发明使用的硬质材料优选具有4至6重量％，特别优选4.5至5.5重量％的结合碳含量。游离碳含量不应超过0.1重量％。如果结合碳含量小于4重量％，则没有形成足够致密的WC壳，因此没能观察到与WSC相比的耐化学性的提高。如果结合碳含量接近于纯WC对应的6.13重量％的极限值，则WSC芯变得如此小以致不再获得与纯WC相比的硬度的提高。当其具有小比例的WC颗粒，即并非所有粉末颗粒都由WSC芯和WC壳构成时，则根据本发明使用的硬质材料粉末的有利特性仍可保持。因此这种碳化钨粉末也属本发明。根据本发明，由碳化钨颗粒和具有碳化钨壳的熔融碳化钨颗粒构成的粉末混合物因此也可用于磨损保护箔。
但是，优选至少70%，特别是至少80%，有利地至少90%的粉末颗粒具有由WSC构成的芯和WC壳。平均粒度可以在宽的范围内变化并特别取决于计划的用途和因此根据本发明的磨损保护箔的厚度。根据ASTM B 214借助于RoTap筛分分析测得的粒度通常可以为最多3000微米。可有利地使用3微米至1500微米，5微米至1000微米，优选5微米至500微米，优选10微米至300微米或10至180微米的根据ASTM B 214借助于RoTap筛分分析测得的粒度级分。如果将箔或膏用于通过在石墨模具中浸渗来制造钻头，则所用硬质材料的粒度分布自然与周围粉状硬质材料的粒度匹配，用以没有不利地影响通过孔隙的毛细作用的浸渗行为。常见粒度范围在此也在10至250微米之间。平均粒度的设定可以例如通过选择具有一定平均粒度的WSC粉末作为用于制造macroline WSC的原材料来进行。但是,例如也可以将一定的颗粒级分混入已经制成的macroline WSC中或例如通过筛分或分选从已经制成的macroline WSC中除去一定的颗粒级分。在根据本发明使用的硬质材料粉末中，WSC芯被致密的一碳化钨壳包围。在蚀刻材料上借助于光学显微术测得的壳的厚度优选为根据ASTM B 214借助于RoTap筛分分析测得的平均粒度的0.05至0.4倍，特别优选0.05至0.15倍。Macroline WSC具有优异的硬度。根据维氏硬度，硬度优选〉2000 HVai，特别优选〉2500 HV0.! ο可以例如使用合适的WSC粉末调整颗粒的形态。因此，根据本发明使用的硬质材料粉末可具有各种形态，例如锐边破碎的或球形的。球形形态原则上提供耐磨性方面的优点，但在制造时比具有不规则形态的粉末更繁复。也可以使用具有不同形态的粉末的混合物。可通过制造根据本发明的碳化钨(macroline WSC)的方法获得根据本发明使用的硬质材料粉末，其中在碳源存在下将熔融碳化钨粉末加热至1300°C至200(TC，优选1400°C至1700°C的温度。可以在惰性气体存在下，在反应性气体存在下或在真空中进行该方法。优选在氢气存在下操作。合适的反应性气体特别是气态碳源，例如一氧化碳、C0/C02混合物、烃或烃混合物，例如天然气。作为碳源可以考虑气态和固态碳源。作为固态碳源，可以使用例如炭黑或石墨。自然也可以使用各种气态和/或固态碳源的混合物。通过在碳源存在下的WSC的热处理导致表面处的WSC转化成WC。由此在WSC周围形成致密的WC层。在此如此选择温度、反应时间和添加的碳源的量，以形成具有所需厚度的WC壳。在此必须注意，在颗粒内部留住WSC。要遵循的条件基本取决于所用WSC粉末的粒度和颗粒形状并可借助于简单的系列试验来测定。如果碳含量设得太高，则会不必要地增加反应所需的时间和温度并减少羽状微结构的比例，即WSC的比例。已经证实，以使得反应混合物中的总碳含量， 即WSC和碳源的碳含量总和为4至6重量％，优选4.3至5.5重量％的量添加碳源是有利的。在WSC与宽粒度变化的粉末颗粒反应时，细颗粒级分在颗粒直径上比粗颗粒的渗碳更强。这主要是针对具有高含量的〈45 Mffl的特细颗粒的粉末而言，并且可通过预先分离掉细粒级分和使各种粉末级分单独进行反应来加以防止。反应时间通常为I至10小时，优选1.5至7小时。
为制备本发明的碳化钨，例如可从破碎的或球形WSC开始，将其筛分到所需粒度。接着使该材料与所需量的碳源如炭黑进行强烈混合，并经受热处理，这时在边缘渗碳。适用于热处理的是例如常规推进式炉或相当的装置，这些装置例如可在1550 - 1900°C的温度范围内于氢气气氛或保护气气氮下运行。将WSC和炭黑的混合物装入例如石墨小舟中。在转化时碳与WSC中存在的W2C反应，并使W2C转变成WC，该WC与已存在的WC不再有区别。由此所形成的WC边缘形成了碳的天然扩散屏障，以致可通过参数即时间和温度控制所需的渗碳深度。在另一实施方案中，所述分散体除有机粘合剂外还可含有增塑剂。基于总重量计，有机粘合剂和增塑剂的比例为O重量％至20重量％。在此，有机粘合剂和增塑剂优选以100:0至50:50之间的重量比来使用。如果在磨损保护箔中存在有机粘合剂，其特别优选以
0.5重量％至15重量％之间的，特别是2重量％至10重量％之间的重量比例存在；基于箔的总重量计，增塑剂特别优选以0.1重量％至10重量％之间的，特别是0.5重量％至5重量％之间的重量比例存在。优选的有机粘合剂和增塑剂是在低于400°C，优选低于350°C的温度下分解的那些。合适的有机粘合剂是例如具有有利地200°C或更低的低上限温度的聚合物，例如卤化聚烯烃，特别是特氟龙、聚缩醛、聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯或其共聚物、聚环氧烷、聚乙烯醇或其衍生物、聚乙酸乙烯酯、聚甲醛或聚乙烯醇缩丁醛。特别优选的是选自聚碳酸亚烷基酯，特别是聚碳酸亚丙酯的有机粘合剂。该有机粘合剂特别用于在干燥时将各固体颗粒相互粘合。该粘合剂应易溶于溶剂并也与其它添加剂，例如分散剂相容。通过添加粘合剂有利地几乎没有提高粉浆的粘度并对悬浮液具有稳定作用。该有机粘合剂应优选在低于400°C的低温下没有残留地烧除。有利的是例如聚甲醛、聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯，它们解聚且形成的单体被烧除或汽化。此外，该粘合剂导致生还物料(Griinmasse)的改进的耐久性和改进的可操作性；特别导致减少例如干燥过程中的裂纹形成。这特别适用于箔的粘度范围。作为增塑剂合适的是例如邻苯二甲酸酯，例如邻苯二甲酸苄酯、胶水、蜡、明胶、糊精、阿拉伯胶、油例如石蜡油，或聚合物例如聚烯烃，特别是聚乙烯。但是，优选的增塑剂是聚碳酸亚烷基酯，特别是聚碳酸亚丙酯。该增塑剂应特别起到降低聚合粘合剂的玻璃化转变温度并导致生箔的更大挠性的作用。该增塑剂渗入粘合剂的网络结构并由此降低粉浆的粘度。通过设定合适的粘合剂/增塑剂比以及通过各种粘合剂与增塑剂的组合能够例如影响生坯物料的拉断强度和延性。所用增塑剂也优选在400°C以下的低温下完全烧除。在本发明范围内，作为焊料应理解为硬焊料或高温焊料。可考虑的焊料特别是选自镍_、钛_、钴_、铜_、锡-或银焊料的焊料粉。合适的焊料是例如硬焊料，如铜/锡焊料、银/镉/铜焊料、银/磷焊料。特别优使用高温焊料，例如基于镍或钴的焊料，如含有钴/铬、镍/铬的焊料或含有镍/钴的焊料。
在一个实施方案中，将硬质材料颗粒与含镍焊料结合使用。通过使用被碳化钨包封的熔融碳化钨作为硬质材料颗粒能够减少该硬质材料在焊料中的溶解。本文所述的分散体通常含有，基于该物料的总重量计，5重量％至95重量％，优选10重量％至90重量％的硬质材料颗粒和任选5重量％至95重量％，优选10重量％至50重量％的焊料颗粒。该分散体特别优选含有60重量％至80重量％之间的硬质材料颗粒和任选20重量％至40重量％之间的焊料。由于该分散体的不同组成，实现中间体和最终产物，如磨损保护箔和复合材料的所需粘度。可以根据各自的磨损保护用途改变硬质材料与焊料的混合比。可以根据所需焊接温度和要涂布的部件的材料选择所用焊料。该焊料应优选具有高于所用有机添加剂的分解温度的固相线温度。此外，该分散体含有补充到100重量％的有机粘合剂(其可任选含有增塑剂)。如果已将其加工为箔，所述分散体也可与另外的含硬质材料和/或含焊料的层层压。例如，可以将以不同的硬质材料颗粒或焊料的含量为特征的两个或更多个根据本发明的箔层压成复合箔或复合材料。本发明因此进一步提供含有至少一个磨损保护箔形式的上述分散体的复合材料，其中该复合材料的各层含有不同比例的硬质材料颗粒和/或焊料颗粒。这样的复合材料优选具有含有40重量％至95重量％之间，特别优选60重量％至90重量％之间的硬质材料颗粒和任选5重量％至60重量％的焊料的层。此外，该复合材料还具有至少一个主要含有焊料，优选具有40重量％至100重量％之间，特别优选60重量％至90重量％之间的比例的另外的层。该层也可含有硬质材料颗粒，特别是具有10%至40%之间的重量比例。这样的复合材料也可烧结和/或预烧结到部件上。烧结的复合材料同样容易粘贴、钎焊或焊接到部件上。本发明的分散体特别还可以构造为平面的箔或三维形状的箔。在此，该箔的层厚度在10微米至3000微米之间，特别是在50微米至2500微米之间，优选在200微米至2000微米之间。本发明还提供制造该分散体的方法，特别是用于制造磨损保护箔的流延法，其简单、可工业规模实施并因此便宜。为此，首先制造含有至少一种溶剂和有机粘合剂的粘合剂悬浮液。作为溶剂特别可以考虑有机溶剂。但是，水的添加在一定情况下也可能是适宜的。优选的溶剂是例如酯、醚、醇或酮，特别是甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、二乙基醚、丁基甲基醚、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酮、甲乙酮(MEK)或其混合物。特别优选的溶剂是酮，特别是选自烷基酮。作为有机粘合剂优选使用更前面所述的化合物，特别是聚碳酸亚烷基酯。此外，增塑剂也可以直接添加到粘合剂悬浮液中。将所得混合物在混合装置，例如球磨机中充分混合和均化。现在将由此制成的粘合剂悬浮液与硬质材料颗粒和任选的焊料混合并加工形成粉浆。这可以例如在摆动式混合机中或在球磨机中进行，其中将球磨机中装入优选密度高于要加工的硬质材料颗粒的研磨球。优选预先将该粘合剂悬浮液置于球磨机中，但也可以之后添加。此外，将硬质材料粉末和焊料粉末引入球磨机中，其中将所得混合物研磨和搅拌直至形成稳定粉浆。在使用球磨机时，该粉浆的充分混合和均化通常持续4小时至48小时。该粉浆随后在负压下脱气。优选在不断搅拌下进行储存、脱气和其它加工步骤以防止该粉浆的固体成分沉降。在另一些实施方案中，硬质材料颗粒和/或焊料颗粒当然也可以预合金化并添加到粘合剂悬浮液中。也可以在粉浆制造过程中连续或分批地添加粘合剂悬浮液。随后根据设定的粘度将所得粉浆加工成涂料或膏或用常规流延法铸造产生箔。制成的分散体的粘度以下列顺序递减:箔 > 膏 > 涂料。为了制造粉浆，基于粉浆总重量(包括溶剂)计，优选使用5重量％至60重量％，优选10重量％至30重量％的粘合剂悬浮液。该粘合剂悬浮液包含基于粘合剂悬浮液总重量计的至少I重量％至60重量％，特别优选5重量％至40重量％之间的有机粘合剂和基于粘合剂悬浮液总重量(包括溶剂)计的O重量％至15重量％,特别优选2重量％至10重量％之间的增塑剂。该粘合剂悬浮液含有足够量的溶剂，以确保至少使该粘合剂悬浮液的各成分悬浮。不反对使用悬浮硬质材料颗粒和焊料颗粒所必需的更大量溶剂。但是，在制造粉浆的整个过程中也可以按需要进一步添加粘合剂悬浮液或溶剂。优选如此计量加入溶剂的量，以形成具有高固含量的粉浆。可以向该粉浆或粘合剂悬浮液中加入其它可用添加剂，特别是分散剂、消泡剂或保护胶体，例如聚酯-聚胺缩聚物、磷酸烷基酯化合物、聚乙烯醇、糊精或纤维素醚。在将该分散体通过粉浆浇铸法用于流延时，可以使用常规流延装置(FoliengieBb^nke)。在此，将该粉浆引入储器中，塑料载体在其下方运行并在储器下方以调节的速度连续传送。将该粉浆从储器浇铸到塑料膜上并借助于浇注刮刀刮拭至给定的厚度。由此产生光滑平坦的箔，其随后通常在可变温度下干燥，任选从塑料膜上剥离并卷绕或进一步加工或完成生产的最后工序。所述方法的特征在于高的生产速度并因此有利的制造成本，其中制成的箔的品质具有良好的稳定性。此外，容易调节不同的箔厚度，特别是在10微米至3000微米之间，和箔宽度。在此`，最大箔宽度由所用流延装置规定。但是，由于该粉浆的显著假塑性特性，可容易地制造最多400毫米的箔宽度。在此，可通过下列参数设定箔厚度和宽度:刮刀的切割高度、装料高度和因此该粉浆在浇铸室中的浇铸压力、塑料基底的牵引速度、浇注模板(Giefischuh)宽度和粉浆的粘度。宽度和长度内的箔厚度波动在该方法中通常小于10%。如果使用结构化塑料载体作为浇铸基底，则也可以将简单结构引入磨损保护猜中。与其它箔制造法相反，在流延过程中特别容易将三维结构铸造到箔中。一个有利的实施方案是在预先固定在塑料基底上的金刚石板周围浇铸。由此，除了金刚石在硬质材料分散体中的任意分布而外，还可提供金刚石板的有针对性的三维布置。按照根据本发明的方法制成的膏和箔特别适合进一步精制。在此，一个特别有利的实施方案是辊轧以提高硬质材料在分散体中的堆积密度。可以例如直接在浇铸台上以及单独在轧光机中进行分散体的辊轧。另一方法是特别适合制造三维形状的磨损保护箔的真空粉浆浇铸法。在真空粉浆浇铸中，通过施加负压显著加速该方法。在这种方法中，将该粉浆倒入多孔模具中，经此借助于负压吸走存在的溶剂。在此情况下，含于粉浆中的固体沉积在模具表面上并由此形成三维形状的箔，其在干燥后可以从模具上剥离。特别地，用真空法可以获得厚度低至I微米的极薄的箔，此外，抽除的溶剂也可再利用。该真空法同样可以以工业规模使用。
在该制造方法的一个优选实施方案中，将由溶剂例如烷基酮，粘合剂优选聚碳酸亚丙酯，和增塑剂优选碳酸亚丙酯构成的悬浮液在球磨机中均化和混合数天。所制得的有机添加剂的混合物构成该分散体的基础。在下一步骤中，将在球磨机中装入研磨球并称入制成的粘合剂悬浮液。所用研磨球的量应匹配粉浆中的固体量，且研磨球应具有比所用硬质材料更高的密度。然后称入硬质材料粉末和任选的焊料粉。任选使用焊料。作为焊料，有利地使用镍/铬焊料粉，例如NICR0BRAZ焊料粉(Wall Colmonoy)。所得粉浆在连续搅拌下混合0.5小时至24小时。然后将混合的粉浆填充到专门的浇铸容器中并脱气。由于所用粉末的高密度，该粉浆必须不断缓慢搅拌以避免固体成分沉降。随后将该脱气粉浆根据设定的粘度加工为涂料或膏或在商业浇铸装置上浇铸成坚固和挠性的箔。作为底层，优选使用塑料载体，特别是硅酮涂布的例如PET的塑料膜，其应耐受浇铸过程中的牵引力并与干燥粉浆或生箔具有低粘附力，以致其容易再除去。制成的湿箔在对流干燥通道中优选在25°C至85°C的温度下干燥。通过所述方法特别可以制造密度为2.5-15克/立方厘米的生箔。在箔的情况下，该分散体中固体有机添加剂的比例优选在I重量％至25重量％之间，特别是2重量％至10重量％之间。借助于流延制造磨损保护箔具有许多优点。这例如在使用有机粘合剂时，可以在粉浆制造时将大量硬质材料颗粒容易地混入焊料基质中。此外，通过使用有机粘合剂使所得箔稳定，特别是在机械应力方面，并由此提高箔的可操作性；特别由此使箔的进一步加工变得容易。本文所述的磨损保护箔特别适合借助于在450°C以上的硬焊，优选通过在900°C以上的高温焊接制造磨损保护层，其中通过液相烧结制造箔与部件之间的牢固结合，因此在该界面处形成扩散区。这形成磨损保护层与部件之间的特别紧密的结合。该液相烧结通常在保护气体下和/或在减压下进行，其中通常混入少量氢气作为氧化保护。借助于硬焊和高温焊接尤其可涂覆具有由钢构成的表面或具有含有例如铁、铜、钥、铬、镍、铝、银或金的金属表面的金属部件，其中所述表面的熔化温度或其固相线温度应高于含于该磨损保护箔中焊料的液相线温度。为了制造磨损保护层，可将含有粘合剂的磨损保护箔直接施加到部件上，脱除粘合剂，然后进一步加工成相应的保护层。在应用于部件表面或涂覆基底时，优选预先对该磨损保护箔施以粘合剂清除和预烧结以使在部件上制造磨损保护层时的箔收缩最小化。粘合剂清除是指最可能没有残留地除去流延所需的有机成分。但是，如果留下碳形式的残余物，这导致在随后的烧结过程中形成碳化物，这不一定绝对是不利的。根据合适的温度_/时间曲线热实施粘合剂清除。在此，该温度不应超过400°C。粘合剂清除通常在氮气或氩气下进行，有时存在小比例氢气以从该气氛中除去可能存在的氧。在此，从箔中完全清除粘合剂可需要花费最多一天。本发明的分散体适合表面涂布，且特别适合制造部件上的磨损保护箔、制造钻头和复合材料。
实施例实施例1
分散体的制造和进一步使用在第一步骤中，制造有机基础物料，随后将硬质材料颗粒(macroline WSC)分散在其中。为此,在搅拌容器中将根据表I的下列材料与研磨球混合并均化48小时:
表I:
权利要求
1.分散体，其中所述分散体含有硬质材料颗粒和至少一种有机粘合剂和/或至少一种增塑剂，其中所述硬质材料颗粒具有由熔融碳化钨构成的内芯和由碳化钨构成的外壳。
2.分散体，其中所述分散体含有硬质材料颗粒和至少一种有机粘合剂和/或至少一种增塑剂，其中所述硬质材料颗粒具有由熔融碳化钨和/或熔融碳化钨与选自元素周期表4A、5A和6A族的元素的至少一种其它碳化物的合金构成的内芯和由碳化钨与选自元素周期表4A、5A和6A族的元素的至少一种其它碳化物的合金构成的外壳。
3.如权利要求1或2中所述的分散体，其特征在于，其含有选自硬焊料或高温焊料的焊料颗粒。
4.如权利要求1至3任一项中所述的分散体，其特征在于，所述有机粘合剂和/或增塑剂具有低于400°C的分解温度。
5.如权利要求1至4任一项中所述的分散体，其特征在于，所述有机粘合剂是聚碳酸亚丙酯和/或所述增塑剂是碳酸亚丙酯。
6.如权利要求1至5任一项中所述的分散体，其特征在于，所述硬质材料颗粒的芯含有碳化一钨(WC)和碳化二钨(W2C)的共晶混合物。
7.如权利要求1至6任一项中所述的分散体，其特征在于，所述硬质材料颗粒具有最大3000微米的根据ASTM B 214借助于RoTap筛分分析测得的粒度。
8.如权利要求1至7任一项中所述的分散体，其特征在于，所述硬质材料颗粒具有球形。
9.如权利要求1至8任一项中所述的分散体，其特征在于，所述分散体含有金刚石。
10.如权利要求1至9任一项中所述的分散体，其特征在于，所述焊料颗粒选自镍_、钻_、铜_、锡_和银_焊料。
11.如权利要求1至10任一项中所述的分散体，其特征在于，所述焊料颗粒含有镍/铬-焊料或镍/钴-焊料。
12.如权利要求1至11任一项中所述的分散体，其特征在于，基于其总重量计，其含有 -5重量％至95重量％的硬质材料颗粒和 -O重量％至95重量％的焊料颗粒和 -2重量％至25重量％的有机粘合剂和/或增塑剂。
13.含有如权利要求1至12至少一项所述的分散体的磨损保护箔。
14.含有至少一个由如权利要求1至12任一项所述的分散体制成的磨损保护箔的复合材料，其中所述复合材料的各层含有不同比例的硬质材料颗粒和/或焊料颗粒。
15.用于制造如权利要求1至12任一项所述的分散体的方法，其特征在于， a)制造含有溶剂和有机粘合剂的粘合剂悬浮液， b)将步骤a)中制成的粘合剂悬浮液与硬质材料颗粒和选自硬焊料或高温焊料的任选焊料颗粒混合并加工成泥浆，和 c)将所得泥浆加工成膏或浇注成箔。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，基于其总重量计，使用下列材料制成所述泥浆， -5重量％至30重量％的粘合剂悬浮液，其中所述粘合剂悬浮液含有粘合剂悬浮液总重量的I重量％至60重量％的有机粘合剂和占粘合剂悬浮液总重量的O重量％至15重量％的增塑剂，和 -70重量％至95重量％的硬质材料颗粒和焊料颗粒，其中硬质材料颗粒与焊料颗粒的重量比在40:60至90:10之间。
17.如权利要求15或16中所述的方法，其特征在于，对由分散体获得的物料，任选磨损保护箔，在低于400°C下施以粘合剂清除并任选随后预烧结。
18.如权利要求1至12任一项中所述的分散体或如权利要求13中所述的磨损保护箔或如权利要求14中所述的复合材料或由其制成的预烧结的磨损保护箔用于在部件上制造磨损保护层的用途。
19.如权利要求1至12任一项中所述的分散体或如权利要求13中所述的磨损保护箔或如权利要求14中所述的复合材料或由其制成的预烧结的磨损保护箔用于制造钻头的用途。
20.如权利要求1至12任一项中所述的分散体的用途，其特征在于，将含粘合剂的组合物，任选箔直接施加到部件上并随后在低于400°C的温度下施以粘合剂清除，或在施加到部件上之前在低于400°C的温度下施以粘合剂清除并随后预烧结，随后通过液相焊接制成在部件上的磨损保护层。
21.用于制造磨损保护部件的方法，其特征在于，将由如权利要求1至12任一项中所述的分散体制成的和预烧结的箔或由如权利要求14中所述的复合材料预烧结的箔钎焊、粘贴或焊接到部件上。`
全文摘要
本发明涉及包含硬质物质颗粒和至少一种有机粘合剂和/或至少一种增塑剂的分散体，其中所述硬质物质颗粒具有由熔融碳化钨构成的内芯和由碳化钨构成的外壳，以及涉及制造这种分散体的方法及其用于有磨损要求的部件的表面涂层或用于制造钻头的用途。
文档编号B22F1/02GK103108714SQ201180028512
公开日2013年5月15日 申请日期2011年4月4日 优先权日2010年4月8日
发明者C.格克, U.瓦格 申请人:H.C. 施塔克股份有限公司