处理硬质金属的方法
【专利摘要】本发明涉及一种分拣硬质金属的方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)对包括硬质金属的一个或多个物体进行热处理，该热处理在包括至少一种反应气体成分的气氛中在500℃或更高的温度下进行，该反应气体成分易于与元素形成反应产物，该元素可以存在或可以不存在于所述一个或多个物体中，并且(b)基于经热处理的所述一个或多个物体的表面部分中所述反应产物的存在或不存在，对所述一个或多个物体进行分拣操作。
【专利说明】处理硬质金属的方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种分拣硬质金属的方法。
【背景技术】
[0002]硬质金属应用范围广泛，包括切削工具、采矿工具和耐磨部件。
[0003]硬质金属制品，例如硬质合金和金属陶瓷，含有相对昂贵的元素，并且出于环境和成本的原因，对于回收消耗的和未使用的硬质金属产品来重新利用废料具有强烈的需求。目前用来回收硬质金属制品有多种工艺，包括例如，锌熔法(zinc process)和冷流法(coldstream process)。 [0004]然而，硬质金属中经常含有一些元素，这些元素使得回收后的材料不适合于作为原材料基体用于制造某些牌号的硬质金属。这些元素可以是例如钛、钽和铬。这些元素在不同的硬质合金牌号中一般用作性能改善添加剂。然而，对于其它牌号而言，这些元素是不需要的，甚至对性能是有害的。目前存在提纯原材料的方法，其大多数基于化学性质，但是这些方法耗费时间并成本昂贵，而且经常包括不利于环境的工艺步骤或化学品。
[0005]EP233162公开了一种方法，用于分离硬质合金物体，其利用驱动力对于相互接触或彼此靠近的硬质金属物体之间的粘结剂金属熔体进行再分配，该硬质金属物体具有不同的平均粒度，粒度分布，相对比例和硬质构成相成分。然而，仍然需要针对硬质金属中不同元素的存在或不存在，对硬质金属物体进行分拣。
【发明内容】
[0006]本发明的一个目的是减少或消除上述问题。根据本发明，通过权利要求1所述的分拣硬质金属的方法实现该目的。
[0007]依据本发明的一种分拣硬质金属的方法，包括以下步骤:
[0008](a)对包括硬质金属的一个或多个物体进行热处理，该热处理在500°C或更高的温度下进行，且热处理气氛包括至少一种反应气体成分，该反应气体成分易于与元素形成反应产物，该元素可以存在于或可以不存在于所述一个或多个物体中，并且
[0009](b)基于经热处理的所述一个或多个物体的表面部分中所述反应产物的存在或不存在，对所述一个或多个物体进行分拣操作。
【具体实施方式】
[0010]已经发现，可以通过将烧结硬质金属物体置于高温下的适当气体气氛中而检测该烧结硬质金属物体中特定元素的存在。在适当条件下，物体中存在的元素形成反应产物，其中该反应产物包括被包括在硬质金属中的特定元素和来自气体气氛中的元素。反应产物还可进一步包括来自硬质金属和/或气体气氛的其它元素。所形成的反应产物形成于硬质金属的表面部分，其影响硬质金属，以至于可基于硬质金属的受影响的部分的特性来进行随后的分拣操作。在高温下的热处理期间，在相似区域内没有形成反应产物可以用来确定在硬质金属中不存在某种特定元素，并因此允许对这一个或多个物体进行随后的分拣操作。
[0011]在本申请的上下文中，表面部分并不仅仅包括最外侧的可见表面，而是还可以扩展到距表面50 或更深的地方。受影响的部分的厚度可以从小于I Pm到几十ym。受影响的部分的合适厚度至少为0.5 ii m,但小于50 V- m。此外,受影响的部分并不必需包括最外侧表面，而是可以完全地在最外侧表面下方，即表面部分的不可见部分。为了检测和定性所形成的反应产物，表面部分优选地延伸到距表面不大于IOOym的深度，且因此受影响的部分适宜地至少部分地位于该部分内。
[0012]本发明因此涉及一种分拣硬质金属的方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0013](a)对包括烧结硬质金属的一个或多个物体进行热处理，该热处理在包括至少一种反应气体成分的气氛下、在500°C或更高的温度下进行，该反应气体成分易于与元素形成反应产物，该元素可以存在于或可以不存在于所述一个或多个物体中，并且随后
[0014](b)基于所述一个或多个物体的表面部分的特性或外观执行分拣操作。
[0015]在一个实施方式中，所述至少一种反应气体成分包括氧。氧的添加形式可以例如为02，H20，C0和/或C02。包括氧的反应气体成分可适宜地用于检测硬质金属中的例如Cr，因此反应产物的成分包括铬和氧。
[0016]在另一个实施方式中，所述至少一种反应气体成分包括氮，其以氮气，N2或氨的形式添加。包括氮的反应气体成分的使用有利于检测例如硬质金属中的Ti，因此反应产物包括钛和氮。
[0017]在上述实施方 式中，含有氧和氮的反应气体成分作为合适的反应气体成分被描述。然而，其它反应气体成分也可用于与硬质金属中的一种或多种元素形成可检测的反应产物。硬质金属中的其它可适于形成反应产物的元素例如Ta，Nb或Mo。试验结果显示出，即使硬质金属中存在的元素的量很少，也能形成足够量的反应产物用于随后的分拣。例如，即使硬质金属中元素的含量少到0.4wt%，在合适的热处理条件下，仍然能够形成足够量的反应产物。
[0018]热处理步骤中使用的温度被选择为在可接受的时间内形成足够量的反应产物，并且同时避免对硬质金属产生不利影响。适当的温度为至少500°C。为了增加反应速率，温度可替代地为至少900°C。在另一个替代例中，温度为至少1200°C，优选至少1300°C。热处理适宜地在小于2000°C的温度下进行。为了避免不希望的反应，诸如:例如渗碳反应，并且/或者出于经济原因，热处理温度适宜地小于1800°C，优选小于1700°C。
[0019]如同关于温度的情况一样，时间也被选择为同样获得足够量的反应产物，而不对硬质金属产生负面效果。时间适宜地为至少30分钟。然而，时间也可以长达16小时，例如必须选择低温以避免不希望的反应产物形成，或者避免晶粒过度长大。在其它情况中，晶粒长大并不是问题，或者可能甚至是优选的，这因此使得允许在高温下长时间进行热处理。
[0020]另一个用于调整热处理的手段是选择合适的反应气体(该反应气体为一种或多种)的分压。该反应气体(该反应气体为一种或多种)的合适的分压适宜地通过本领域已知的热力学计算确定。气体中的所述至少一种反应气体成分的分压适宜地为IOmbar或更高。然而，压力实质上可以更高，从而通常允许较短的热处理时间。然而，通常的是，反应气体成分的分压大约为大气压或更低时足以在合理的时间内形成反应产物。选择较低的反应气体成分的分压可以避免不希望的反应，这对于硬质金属中存在多种不同(特定)元素时可能是期望的。较低的压力可以因此足以使得硬质金属中的这些多种元素中的一个发生反应，但同时压力又太低而不足以使得这些元素中的另一种元素发生反应。选择合适的温度可以具有相似的效果。
[0021]因此，可以通过利用例如热力学计算适宜地设计热处理，这针对例如所述一种或多种反应气体以及气氛中存在的任何惰性气体的压力，以及温度，从而检测硬质金属中的特定元素(如果存在的话)，以便进行随后的分拣操作。
[0022]因此，可以在较宽的范围内选择温度，时间以及气体压力。可以由本领域技术人员选择恰当的一组参数，并获得期望的结果。
[0023]该方法通常应用于使用过的或未使用的硬质金属废料，因此所述一个或多个物体在热处理步骤(a)之前适宜地从低于200°C的温度加热到热处理温度。
[0024]依据本发明的方法适宜地应用于WC基的硬质金属，即主要的硬质相成分为碳化钨，粘结相为铁族金属，即Co，Ni和/或Fe，适宜地主要为Co。硬质金属可以还含有其它硬质相成分，例如包括T1、Ta和Nb中的一种或多种的碳化物、氮化物或它们的混合物。硬质金属中还可以含 有其它合金化元素，诸如:例如Cr、Mo和/或Mn。
[0025]该方法适宜地适于应用在硬质金属物体上，其中在所述一个或多个物体中可选地存在的元素为铬。在合适的热处理状态下，硬质金属中铬的存在产生可检测的反应产物。例如，反应气体成分可以为氧，因此形成的反应产物包括铬和氧。反应物可以例如形成为表面部分的最外侧部分，其通常显现出黑色的表面颜色，这有利于视觉检测经热处理的所述一个或多个硬质金属物体并对其进行分拣。合适的热处理温度范围为950-1100°C，时间适宜小于10小时。熔炉气氛中例如CO和CO2等的含氧气体的分压可例如从10-800mbar的范围中选择。本领域技术人员例如可以通过基于已知成分的物体的简单实验或通过热力学计算，从而确定时间，温度，以及热处理步骤的气氛中存在所述至少一种反应气体成分和任何其它气体成分的分压的适宜组合。
[0026]该方法也适宜地适于应用在硬质金属物体上，其中在所述一个或多个物体中可选地存在的元素为钛。在合适的热处理状态下，硬质金属中存在钛产生可检测的反应产物。例如，反应气体成分可以为氮，因此形成的反应产物包括钛和氮。反应物可以例如形成为表面部分的最外侧部分，其通常显现出淡黄色的表面颜色，这有利于视觉检测经热处理的所述一个或多个硬质金属物体并对其进行分拣。合适的热处理温度范围为1300-1700°C，时间适宜小于4小时。在一个替代例中，熔炉气氛中例如氨和N2等的含氮气体的分压可例如从IOO-1lOOmbar的范围中选择。然而,如上所述,本领域技术人员例如可以通过基于已知成分的物体的简单实验或通过热力学计算，从而确定时间，温度，以及热处理步骤的所述至少一种反应气体成分的分压的合理组合。
[0027]因此，在本发明的一个实施方式中，反应产物至少部分地构成了经热处理的含所述特定元素的所述一个或多个物体的最外侧表面。
[0028]在一个实施方式中，分拣操作(b)基于所述一个或多个物体的最外侧表面的颜色。在本申请的上下文中，如果颜色可通过肉眼检测从而允许进行人工分拣操作，或可通过例如可视系统检测从而允许进行自动分拣，这是十分有利的。
[0029]在一个实施方式中，分拣操作(b)通过对所述一个或多个物体的最外侧表面部分的特性进行视觉检查而进行。[0030]在另一个实施方式中，分拣操作(b)通过对所述一个或多个物体的最外侧表面部分的特性进进行自动分析而进行。
[0031 ] 在一个实施方式中，所述一个或多个硬质金属物体在热处理前未进行涂层。
[0032]在一个实施方式中，硬所述一个或多个质金属物体在热处理前具有涂层。涂层可以例如是PACVD、CVD或PVD涂层。试验结果显示，这样的涂层并不妨碍反应产物的生成。相反，涂层例如TiN构成的涂层在热处理期间表现出首先分解，而之后，反应产物可以形成为例如硬质金属的最外侧表面。
[0033]上面主要讨论了分拣步骤，分拣基于形成硬质金属的最外侧表面的、具有可分辨颜色的反应产物。然而，作为替代，分拣步骤也可以基于反应产物的成分或其它特性来进行，适宜地是使用自动分拣系统。
[0034]需要注意的是，对于不同的硬质金属成分，相同的气体气氛可以产生不同的反应产物，从而可以在同一个单个的热处理步骤中，将一组具有多种不同硬质金属牌号的硬质金属物体分拣成多个不同的种类。
[0035]该方法适宜地适用于分拣不同类型、尺寸和形状的硬质金属物体，例如刀片，诸如用于切割金属、木材、石头等的刀片，钻具和耐磨部件。
[0036]例 I
[0037]依据本发明对部分地涂层和未涂层的两种不同成分的烧结硬质金属的试样进行处理。
[0038]硬质金属成分列在表1中，其它元素以杂质水平存在。在热处理之前，所有试样的硬质金属具有中灰色。
`[0039]表1
[0040]
【权利要求】
1.一种分拣硬质金属的方法，其特征在于，包括以下步骤: (a)对包括硬质金属的一个或多个物体进行热处理，所述热处理在500°C或更高的温度下进行，且热处理气氛包括至少一种反应气体成分，所述反应气体成分易于与元素形成反应产物，所述元素可以存在于或可以不存在于所述一个或多个物体中，并且 (b)基于经热处理的所述一个或多个物体的表面部分中所述反应产物的存在或不存在，对所述一个或多个物体执行分拣操作。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一种反应气体成分包括氧。
3.如权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述至少一种反应气体成分包括氮。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中气体中的所述至少一种反应气体成分的分压为IOmbar或更高。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中温度至少为900°C。
6.如权利要求1-5中任一项所述的方法,其中温度小于2000°C。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其中步骤(a)进行时间至少为30分钟。
8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其中硬质金属为WC基的硬质金属。
9.如权利要求1- 8中任一项所述的方法，其中所述一个或多个物体在步骤(a)之前从低于200°C的温度加热到热处理温度。
10.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其中在所述一个或多个物体中可以存在或可以不存在的所述元素为铬。
11.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其中在所述一个或多个物体中可以存在或可以不存在的所述元素为钛。
12.如权利要求1-11中任一项所述的方法，其中所述反应产物至少部分地构成经热处理的含有所述元素的所述一个或多个物体的所述表面部分。
13.如权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述分拣操作(b)通过对所述一个或多个物体的最外侧表面的特性进行视觉检测来实施。
14.如权利要求13中所述的方法，其中所述分拣操作(b)基于所述一个或多个物体的最外侧表面的颜色。
15.如权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述分拣操作(b)通过对所述一个或多个物体的所述表面部分的特性进行自动分析来实施。
【文档编号】C22B7/00GK103620066SQ201280029910
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2012年6月14日 优先权日:2011年6月17日
【发明者】斯特凡·贝克隆德, 乌尔夫·尤特斯特伦 申请人:山特维克知识产权股份有限公司