专利名称：刀具、其制造方法及其均质化碳化钨的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种刀具，特别涉及一种刀具、其制造方法及其均质化碳化钨的制造方法。
背景技术：
近几十年来，科学发展一日千里，新技术、新理论、新材料不断地发展出来。在许多重要的材料中，碳化鹤(tungsten-titanium, WC)属于最强硬的材料,利用碳化鹤可制成各类零件。目前，碳化钨刀具新材料使得切削钢材的加工效率获得突破性提高，以硬质合金材料的形态广泛应用在各种对耐磨性要求严格的特殊零件，如阀类、iPhone外壳模具、钻头、扫雪机刀片等。为了配合高速加工、大量节省加工时间与成本，刀具的改进已成为目前产业量产重要的因素。碳化钨刀具因有较高耐磨性和硬度而在刀具市场上的比重日益增加，且广泛地应用于制造工艺中。碳化钨刀具为粉末冶金的产品，其主要成分为钨并加入钛、钥、钽等金属粉末及钴粉作为结合剂，再经加热烧结完成。碳化钨刀具的硬度较任何其它材料均高且可达高碳钢的三倍，并适用于切削较硬金属或石材，因其材质脆硬，故只能制成片状再焊于较具韧性的刀柄上。 目前，碳化钨刀具制作方式是利用粉末冶金方式以碳化钨合金材料制作，其主要成份是碳化钨，且以钴为黏合剂而使碳化钨晶粒黏合在一起。碳化钨刀具的粉末冶金制作方式主要由下列步骤所组成:(一 )碳化钨粉的制取:利用选矿技术将含钨的矿石破碎分离，而取得含钨量高的精矿，将含鹤的精矿与碳化招或碳化 丐混在一起加热广生反应，所广生的闻热量与碳化铝或碳化钙进行加热反应至超2100°C而形成碳化钨，待冷却后将此碳化钨破碎至极细的粉末。另外一种制造方式是在高温下将钨粉与碳混在一起制成碳化钨。( 二)合金的制成:碳化钨合金制作是将碳化钨与钴以一定的比例混合并加压成各种形状，然后半烧结。此烧结过程通常是在真空炉里进行，设定真空炉的温度大约为1300°C至1500°C之间可制得含有约94%碳化钨及6%钴的碳化钨合金材料，其中碳化钨颗粒之间以钴粒为黏合剂。烧结碳化物是由散布的坚硬陶瓷颗粒(碳化钨)及包围它们的金属基质(钴)所组成，碳化钨质地坚硬、劲度高且耐高温但具脆性，故为了改善其韧性，于加入钴粉末加压成压粉体后，加热使钴熔化而将碳化钨紧紧包住。固化后钴即成为碳化钨的黏结剂，且提供了耐冲击抵抗能力，钴的主要功能是作为碳化钨的黏结剂和改善刀具韧性的功能。由上述可见，目前碳化钨粉末冶金制程具有前述各方面的广大应用潜力，然而已知其仍具有下述限制及缺点:在碳化钨形成同时，粉末常因团聚效应而产生颗粒粒径不均一的现象，这样的碳化钨粉末在后续分离颗粒大小过程仅经过筛网粗略分离，随后即被添加入刀具加工制程中。因此，所制成的碳化钨刀具所含的碳化钨颗粒为非均质化分布，这样的非均质的碳化钨颗粒分布在所述刀具的内部及其表面不同位置上，所述刀具在使用过程中因其内部含有非均质碳化钨而使所述刀具表面呈现不同的硬度区域，亦或造成整体刀具的硬度下降，所制成的刀具制品在使用过程中可能会产生刀具表面凹陷毁损现象，而减少刀具的使用寿命。以目前关于碳化钨刀具的相关技术而言，大部分的技术都仅对碳化钨做颗粒纳米化处理，而忽略了碳化钨颗粒粒径的均质化表现对其硬度及刀具的使用寿命上的影响。因此，现有技术仍缺乏一种具有均质化碳化钨的刀具及其碳化钨的分类制造方法。
发明内容
为解决目前碳化钨刀具在制作过程中仅将碳化钨颗粒进行粗筛分离处理，而产生颗粒非均质化问题，导致对刀具的硬度及使用寿命上的影响。本发明提供一种刀具及其制造方法以及均质化碳化钨的制造方法，通过均质化分散、离心颗粒大小分类及震荡等组合方式，获得均质化碳化钨，可制得较高硬度及较长使用寿命的碳化钨刀具。鉴于上述现有技术的问题，根据本发明的一个目的，提供一种刀具，碳化钨刀具由粉末冶金方法所制成，其中，刀具包含均质化碳化钨及选自于由下列所构成的组中的至少一种:钨、钴、碳化钽、碳化钛以及它们的组合。较佳地,钨的含量占均质化碳化钨整体重量的50至90wt%。较佳地，均质化碳化钨的 粒径范围为纳米等级，粒径范围可为l-10nm。根据本发明的另一目的，提出一种刀具的制造方法，其包括下列步骤:(I)称取均质化碳化钨粉末与其它金属或金属化合物粉末于第一预设参数条件下压制成胚体，第一预设参数条件如下:环境压力lOOOPsi，持压时间20分钟及压制温度介于25 150°C之间；其中，其它金属或金属化合物粉末选自于由下列所构成的组中的至少一种:钨、钴、碳化钽、碳化钛以及它们的组合；(2)将上述胚体置于载座上再置入碳化环境中，并于第二预设参数条件下进行常压烧结，第二预设参数条件如下:烧结温度介于1410 1470°C之间、升温速率3 5°C /min之间及高温持温时间20 95分钟；以及(3)烧结完成后得到具有均质化碳化钨的刀具。较佳地，刀具的硬度可达1810 1850Hv3(lkg之间。较佳地,刀具的使用寿命可达1880 1900分钟之间。较佳地，刀具的横断裂强度可达4270 4300N/mm2之间。根据本发明的又一目的，提出一种均质化碳化钨的制造方法，其包括下列步骤:(I)提供含有碳化钨的原液；(2)将含有碳化钨的原液置入均质器中，均质器包括搅拌头及震荡分散头，将含有碳化钨的原液通过搅拌头进行预定搅拌时间，再通过震荡分散头进行预定分散时间后，得到分散后原液；以及(3)将分散后原液置入离心器中，离心器的高速离心力使分散后原液中碳化钨颗粒间相互碰撞，产生离心后原液，而获得具有预设颗粒范围的均质化碳化钨。较佳地，在步骤(3)之后，进一步包含震荡步骤，所述震荡步骤将离心后原液置入震荡器中进行震荡，使离心后原液中碳化钨更均质化分散。较佳地，在步骤(3)之前，进一步包含震荡步骤，所述震荡步骤将分散后原液置入震荡器中进行震荡，使分散后原液中碳化钨更均质化分散。
较佳地，在步骤(2)之前还包含另一离心步骤，所述另一离心步骤将含有碳化钨的原液置入离心器中，离心器的高速离心力使含有碳化钨的原液中碳化钨颗粒间相互碰撞，产生另一离心后原液，后续将另一离心后原液置入步骤(2)的均质器中进行步骤(2)及步骤(3)。较佳地，震荡器可为超音波震荡器。较佳地，预定搅拌时间范围为2-4小时，预定分散时间可为I小时。较佳地，钨的含量介于均质化碳化钨整体重量的50至90wt%。较佳地，含有碳化钨的原液包含选自于由下列所构成的组中的至少一种:鹤、钴、碳化钽、碳化钛以及它们的组合。本发明所提供的刀具、其制造方法及其均质化碳化钨的制造方法，其提供下列的优点:1.均质化碳化 钨颗粒分布于刀具的内部及表面不同位置上，刀具内部含有均质化碳化钨使其表面呈现相同的高硬度区域，所制成的刀具在使用过程中因刀具整体硬度均匀，所以在长期使用下刀具表面凹陷毁损机率降低，并具有较长的刀具使用寿命。2.本发明的均质化碳化钨的制造方法利用均质化分散、离心颗粒大小分类及超音波震荡等组合方式，获得均质化碳化钨。其中，通过特殊的均质器将碳化钨均质化，后续在离心过程中利用高速离心作用力依照颗粒大小进行离心分类。非均质化碳化钨颗粒之间相互的碰撞力以及所受到的高离心力使原本团聚的颗粒能够有效地分散。此外，更可结合超音波震荡原理，在碳化钨原料进入到分类腔之前，将碳化钨溶液中未被彻底分散的颗粒进行超音波震荡分散，使团聚分子之间的空气间隙被超高频率的电磁流震荡击破，达到团聚分子分散的效能，进而达到颗粒均质化的目的。本发明的效果并不限定于以上所述的情况，对于没有提及的其它效果，技术人员可从下面的记载明确地理解。
图1是本发明一个实施例的均质化碳化钨的分类制造方法的流程步骤图。图2是本发明另一实施例的均质化碳化钨的分类制造方法的流程步骤图。图3是本发明又一实施例的均质化碳化钨的分类制造方法的流程步骤图。
具体实施例方式本发明使用分离液体中碳化钨颗粒大小的离心分类方法，其原理如下:颗粒与流体在离心力场中作相对运动时，受到三个力的作用:离心力F。、浮力Fb、曳引力Fd。对于一定的颗粒和流体,离心力F。、浮力Fb—定,但曳引力Fd却随着颗粒运动速度而变化，最后颗粒与液体间的相对速度将平衡于终端速度ut，此时颗粒所受的各力的和为零F + Fh + Fcl =0离心力F。与浮力Fb方向始终相反，对球状微粒而言若其直径及密度分别为Cp及
P P，而液体的密度为P L则
权利要求
1.一种刀具，其特征在于，所述刀具包含均质化碳化钨及选自于由下列所构成的组中的至少一种:钨、钴、碳化钽、碳化钛以及它们的组合。
2.如权利要求1所述的刀具，其特征在于，钨的含量占所述均质化碳化钨整体重量的50 至 90wt% ο
3.如权利要求1或2所述的刀具，其特征在于，所述均质化碳化钨的粒径范围为纳米等级。
4.如权利要求3所述的刀具，其特征在于，所述粒径范围为l-10nm。
5.一种刀具的制造方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤: (1)称取均质化碳化钨粉末与其它金属或金属化合物粉末于第一预设参数条件下压制成胚体，所述第一预设参数条件如下:环境压力lOOOPsi，持压时间20分钟及压制温度介于25 150°C之间；其中，所述其它金属或金属化合物粉末选自于由下列所构成的组中的至少一种:钨、钴、碳化钽、碳化钛以及它们的组合； (2)将所述胚体置于载座上再置入碳化环境中，并于第二预设参数条件下进行常压烧结，所述第二预设参数条件如下:烧结温度介于1410 1470°C之间、升温速率3 5°C /min及高温持温时间20 95分钟；以及 (3)烧结完成后得到具有均质化碳化钨的刀具。
6.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述具有均质化碳化钨的刀具的硬度为 1810 1850Hv30kgo
7.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述具有均质化碳化钨的刀具的使用寿命为1880 1900分钟。
8.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述具有均质化碳化钨的刀具的横断裂强度为4270 4300N/mm2。
9.一种均质化碳化钨的制造方法，其特征在于，用于如权利要求1所述的刀具，所述制造方法包括下列步骤: (1)提供含有碳化钨的原液； (2)将所述含有碳化钨的原液置入均质器中，所述均质器包括搅拌头及震荡分散头，将所述含有碳化钨的原液通过所述搅拌头进行预定搅拌时间，再通过所述震荡分散头进行预定分散时间后，得到分散后原液；以及 (3)将所述分散后原液置入离心器中，所述离心器的高速离心力使所述分散后原液中碳化钨颗粒间相互碰撞，产生离心后原液，而获得具有预设颗粒粒径范围的均质化碳化钨。
10.如权利要求9所述的均质化碳化钨的制造方法，其特征在于，在步骤(3)之后进一步包含震荡步骤，所述震荡步骤将所述离心后原液置入震荡器中进行震荡，使所述离心后原液中碳化钨更均质化分散，得到所述均质化碳化钨。
11.如权利要求9所述的均质化碳化钨的制造方法，其特征在于，在步骤(3)之前进一步包含震荡步骤，所述震荡步骤将所述分散后原液置入震荡器中进行震荡，使所述分散后原液中碳化钨更均质化分散。
12.如权利要求9所述的均质化碳化钨的制造方法，其特征在于，在步骤(2)之前进一步包含另一离心步骤，所述另一离心步骤将所述含有碳化钨的原液置入离心器中，所述离心器的高速离心力使所述含有碳化钨的原液中碳化钨颗粒间相互碰撞，产生另一离心后原液，后续将所述另一离心后原液置入步骤(2)的均质器中进行步骤(2)及步骤(3)。
13.如权利要求10或11所述的均质化碳化钨的制造方法，其特征在于，所述震荡器包括超音波震荡器。
14.如权利要求9至12中任一项所述的均质化碳化钨的制造方法，其特征在于，所述预定搅拌时间范围为2-4小时。
15.如权利要求9至12中任一项所述的均质化碳化钨的制造方法，其特征在于，所述预定分散时间为I小时。
16.如权利要求9所述的均质化碳化钨的制造方法，其特征在于，所述含有碳化钨的原液还包含选自于由下列所构成的组中的至少一种:钨、钴、碳化钽、碳化钛以及它们的组合。
全文摘要
本发明公开了一种刀具、其制造方法及其均质化碳化钨的制造方法，其中，刀具包含均质化碳化钨及选自于由下列所构成的组中的至少一种钨、钴、碳化钽、碳化钛以及它们的组合，通过均质化分散、离心颗粒大小分类及超音波震荡等组合方式获得均质化碳化钨，并制得到较高硬度及较长使用寿命的均质化碳化钨刀具。此制造方法通过特殊的均质器将碳化钨粉末均质化，结合离心分离及超音波震荡方法，进而达到团聚分子分散的效能，其所制造的刀具呈现整体硬度均匀，于长期使用下刀具表面凹陷毁损机率较低，并具有较佳的刀具使用寿命。
文档编号B22F7/06GK103205620SQ20121003337
公开日2013年7月17日 申请日期2012年2月13日 优先权日2012年1月13日
发明者吕鸿图 申请人:昆山纳诺新材料科技有限公司