CN1100891C - 制造金属复合材料的方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的方法，至少一种包含有机基团的铁族金属的一种或多种盐被溶解在至少一种极性溶剂和配合物中，该配合物可与至少一种包含有OH或NR3(其中R＝H或烷基)官能团的配合物形成体相结合。此外，至少一种铁族金属的至少一种不溶性、还原性的盐被悬浮在该溶液中。硬质组分粉和选用的可溶性碳源被添加到该溶液中。溶剂被蒸发，制得的粉体在惰性和/或还原气氛中受到热处理。结果，制得一种粉状混合物，在添加压合剂后，按照标准操作，被压紧和烧结，成为在粘结相中包含有硬质组分的材料体。

Description

制造金属复合材料的方法
本发明涉及制造金属复合材料如胶结硬质合金的方法。
US 5,505,902揭示了一种方法。在该方法中，将至少一种包含有机基团的铁族金属的一种或多种金属盐溶解在至少一种诸如乙醇、甲醇、水的极性溶剂和配合物中，该配合物至少可与一种包含有OH或NR3(其中，R＝H或烷基)形式官能团的配合物形成体结合。硬质组分粉以及可以选用的可溶性碳源被添加到该溶液中。溶剂被蒸发，在惰性和/或还原气氛中热处理剩余的粉末。结果，制得了至少具有一种铁族金属覆层的硬质组分粉，在添加压合剂以后，按标准操作，将其压紧并烧结，生成了在粘结相中包含有硬质组分的材料体。上述方法的缺点是，一般该溶液的铁族金属含量较少，导致有大量的溶液，因此，用高浓度粘结剂覆层硬质组分粉时，需要长的蒸发时间。因此，通常制得的硬质组分粉所含粘结相低于5％，对这种粉要添加粘结剂金属粉，以达到所要求组成。这需要有额外的加工步骤和更加仔细的混合，以便制得均匀的微观结构。
因此，本发明的目的将是改进在US 5,505,902中所揭示的方法。
现在，已令人惊奇地发现，除了添加可溶性盐之外，如果在获得所需组成时，再添加铁族金属的不溶性的和还原性盐，可以获得一种均匀一致的胶结硬质合金。
按照本发明，该方法包括如下步骤，其中Me＝Co，Ni或Fe。
1、至少一种包含有机基团或无机基团的Me盐或化合物，被溶解在至少一种极性溶剂中，诸如：乙醇、甲醇、水、乙腈，二甲基甲酰胺或二甲亚砜，以及这些溶剂的混合，诸如：甲醇-乙醇，水-乙二醇，优选甲醇和/或水。在搅拌下，可以按意愿选择性添加三乙醇胺或其它包含有两个以上官能团，也即，OH或NR3，其中，R＝H或烷基的特定分子的配合物形成体，按0.1～2.0摩尔配合物形成体/摩尔金属，优选按大约0.5摩尔配合物形成体/摩尔金属比例添加。
2、一种或多种不溶性和还原性的Me的有机或无机盐或化合物，被进一步悬浮于该溶液，优选的是Me的氢氧化物。优选地，盐的粒度＜2μm。
3、可以选用添加糖(C12H22O11)或其它可溶性碳源(诸如：其它种类在100-500℃温度范围、在非氧化气氛中的成碳条件下分解的碳水化合物和/或有机化合物)，添加量为：＜2.0摩尔C/摩尔金属，优选约0.5摩尔C/摩尔金属，并且把该溶液加热到40℃，以提高碳源的溶解度。碳被用来还原在热处理过程中生成的MeO，调节在粉体中的C含量。
4、在温和搅拌下，加入WC粉和选用的其它硬质组分粉体，优选完全不聚结态粉体(例如：通过喷射研磨)，升温以加速溶剂蒸发。当该混合物变得相当粘稠时，揉成面团状的混合物，在近乎干燥时，平稳地压碎，以便加速蒸发(以避免溶剂包裹)。
5、在前一步骤中所制得的蓬松粉块的约400～1100℃、优选400-800℃的氮和/或氢气氛中受到热处理。为了获得充分还原的粉体，需要保温一段时间。热处理时间受多种过程因素，诸如：粉末的床厚度、批量大小、气体组成和热处理温度的影响，必须完全由工作人员通过实验来决定。已发现还原5Kg批次粉料在500℃的纯氢气氛中合适的保温时间为60-120分钟。一般使用氮和/或氢，但也应用Ar，NH3，CO和CO2，(或者它们的混合物)，借此可以调节粉体的组成和微观结构。
6、将受过热处理粉体和压合剂(press agent)在乙醇中混合，形成浆液，其或者是单独的上述粉体，或者是用和其它硬质组分粉和/或粘结相金属和/或碳混合物，以获得所需要的组成。其后，该浆液以常用方式被干燥、压紧和烧结，得到一种在粘结相中硬质组分的烧结体。
大部分溶剂可以被回收。
另一种可选择的方法是，按照段落3，压合剂可以与硬质组份粉一道添加，直接干燥、压紧、烧结。
给出如下实施例子说明本发明的各个方面。
本发明是参照铁族金属来描述的，但它也可以被应用到第VIII族的其它金属，这点是明显的。
实施例1
按本发明以如下方法制作一种WC-10％Co胶结硬质合金：84g醋酸钴四水合物(Co(C2H3O2)2·4H2O)被溶解在1200ml甲醇(CH3OH)。126g氢氧化钴(Co(OH)2)被添加到该溶液。随着搅拌把30g三乙醇胺((C2H5O)3N)添加到该溶液。此后，添加900g WC(dWC＝2.1μm)并升高温度到约70℃。在甲醇被蒸发这段时间中，要不断地小心搅拌，直到该混合物变成粘稠为止。加工该类似面团状混合物，并且在它基本上干燥时，轻压粉碎。
所制得的粉体在一密闭容器中在氮气氛中、在炉中的约为1cm厚的多孔床中焙烧，加热速度为10℃/分钟达到500℃，在氢气中90分钟完成还原，最后，在氮气氛中以10℃/分钟速度冷却。在烧尽和还原步骤之间不使用冷却步骤。
所制得的粉体在乙醇中与压合剂混合，同时根据WC-Co的标准操作，调节碳含量(碳黑)，干燥，压紧和烧结。所制得的致密胶结硬质合金结构具有孔隙率A00和硬度HV3＝1320。图1示出了在混合以前在放大5000倍下该粉体的微观结构。
实施例2
以与在实施例1中相同方式制作WC-10％Co胶结硬质合金，重复实施例1步骤但不对该溶液添加三乙醇胺((C2H5O)3N)。得到如在
实施例1中同样结果。
实施例3
以与在实施例1中相同方式制作WC-10％Co胶结硬质合金，重复实施例1步骤，以1200ml水作为溶剂代替甲醇(CH3OH)。得到如在实施例1中同样结果。
实施例4
除了额外添加12.5g(Ta，Nb)C(80/20)之外，以与在实施例1中相同的方式制作WC-1.0％TaC-0.3％NbC-10％Co胶结硬质合金。制得的致密的胶结硬质合金结构具有的孔隙率A00和硬度HV3＝1350。
实施例5
除了额外添加20.0g(W，Ti)C(50/50)之外，以与在实施例1中相同方式制作WC-1.0％TiC-10％Co胶结硬质合金。所制得的致密胶结硬质合金结构具有孔隙率A00和硬度为HV3＝1330。
实施例6
除了用醋酸镍四水合物(Ni(C2H3O2)2·4H2O)和氢氧化镍(Ni(OH)2)代替醋酸钴四水合物(Co(C2H3O2)2·4H2O)和氢氧化钴(Co(OH)2)之外，以与在实施例1中相同方式制作WC-10％Ni胶结硬质合金。所制得的致密胶结硬质合金结构具有的孔隙率A00，硬度为HV3＝1280。

Claims (1)

1、制作包含有至少一种铁族金属的硬质组分粉状混合物方法，包括如下步骤：
—通过把至少一种含有机基团的铁族金属的至少一种盐溶解在至少一种极性溶剂和配合物中，生成一种溶液，上述配合物可与至少一种含有OH和NR3官能团的配合物形成体相结合，其中R＝H或烷基，
—把硬质组分粉添加到该溶液中，
—通过溶剂蒸发形成一种粉体，
—在惰性和/或还原气氛中热处理该粉体，制得一种粉末混合物，其特征在于，可使至少一种铁族金属的至少一种不溶性、还原性盐悬浮在该溶液中。
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