DK163497B - Fremgangsmaade til fremstilling af carbid-borid-produkter og formlegemer fremstillet ved fremgangsmaaden - Google Patents

Description

i

DK 163497 B

Der kendes blandinger, legeringer og keramiske råmaterialer, som indeholder carbider såsom f.eks. borcarbid, borider såsom chromborid, zirkonborid, titanborid, molybdænbor id, tantalbo-rid, wolframborid og vanadinborid, eventuelt sammen med nitri-5 der. Disse stoffer udviser en meget stor hårdhed og kan f.eks. anvendes som sandstråledyser, til behandling af slibeskiver og til fremstilling af genstande, der er underkastet særligt betydelige belastninger. Det er kendt, at legeringer og blandinger på borcarbidbasis ganske vist har yderst gode materiale-10 nedbrydende egenskaber, men dog ikke er tilfredsstillende med hensyn til råmaterialeegenskaber (Powder Metallurgy International 1983, bind 5, 201 - 205). Dette gælder også for sådanne borcarbidråmaterialer, der indeholder yderligere bestanddele, såsom borider og/eller nitrider.

15

Det er formålet med den foreliggende opfindelse at tilvejebringe en fremgangsmåde, ved hjælp af hvilken der kan opnås borcarbidråmaterialer med fuldt tilfredsstillende egenskaber, og som navnlig kan anvendes som formlegemer til formål, hvor 20 der er høje belastninger.

Dette opnås ved hjælp af en fremgangsmåde, der er ejendommelig ved det i krav l's kendetegnende del angivne.

25 Det er ganske vist allerede kendt fra DE offentliggørelsesskrift nr. 2.541.774 at fremstille formlegemer ud fra borcarbid, titandiborid og wolframcarbidkugler. Bortset fra, at der med den foreliggende opfindelse er elementært bor til stede, foregår derved en ægte kemisk reaktion under omdannelse af 30 overgangsmetalcarbidet til borid in situ.

Det ved fremgangsmåden anvendte findelte eller finkornede borcarbid har for størstedelens vedkommende en part i kel størrelse i området fra 0,5 til ca. 50 μιη, især i området fra 1 til 10 35 μιη. Ved gennemførelse af fremgangsmåden foretrækkes B4C, selv om anvendelse af andre borcarbider ikke er udelukket. Det har vist sig fordelagtigt også at anvende bor i findelt form, navnlig i amorf form.

2

DK 163497 B

Den ifølge opfindelsen krævede tilvejebringelse af intim kontakt sker ved blanding, idet der kan anvendes konventionelle blandingsorganer, såsom omrøringsapparater, hvirvelblandere og 1 ignende.

5

Til gennemførelse af fremgangsmåden har det vist sig gunstigt, når den intime blanding sker i nærværelse af silicium og/eller kobolt, idet navnlig metallisk silicium foreligger i findelt form.

10

Ganske særligt fordelagtigt er det, når der som overgangsme-talcarbid anvendes et wolframcarbid og/eller titancarbid. Ved gennemførelsen af fremgangsmåden foretrækkes normalt WC og/eller TiC. Blandingsprocessen kan fremskyndes i væsentligt om-15 fang ved behandling i en attritor. Herved arbejdes der især med kugler af overgangsmetalcarbid og kobolt, såsom WC-Co eller WC-TiC-Co, hvorved der på denne måde i fremgangsmåden kan indbringes det frem for alt som fremgangsmåde-hjælpemiddel virkende kobolt i form af en legering med overgangsmetalcarbi-20 derne. Hårdmetal-legeringskuglerne har for det meste en diameter i området fra 0,5 til 5 mm, især fra ca. 1 til 2 mm. Det har her vist sig at være gunstigt, når der i attritoren arbejdes med en wolframcarbid-kobolt- eller wolframcarbid-titancar-bid-kobolt-hårdmetalomrører. Som organiske opløsningsmidler 25 kan der ved behandlingen i attritor anvendes inaktive medier såsom mættede hydrocarboner, navnlig arylhydrocarboner såsom benzen, samt alkoholer såsom alifatiske Cj-salkanoler, navnlig propanol.

30 Skønt der til gennemførelse af fremgangsmåden helt igennem foretrækkes wolframcarbid og/eller titancarbid, kan disse car-bider, i det mindste delvis, også erstattes af andre over-gangsmetalcarbider, såsom zirkoncarbid, chromcarbid eller tan-talcarbid.

Blandingens rækkefølge synes ikke at være kritisk, men det har dog vist sig effektivt, når man først blander borcarbidpulve- 35 3

DK 163497 B

ret med bor og silicium og derpå formaler pulveret sammen med overgangsmetalcarbidet, især med wolframcarbid og kobolt eller wolframcarbid, titancarbid og kobolt, eventuelt i nærværelse af et organisk opløsningsmiddel. Det har især vist sig veleg-5 net, når formaling/blanding sker indtil en borcarbid-partikel-størrelse på under 1 pm. Derved kan der fremstilles blandinger, der som den væsentligste bestanddel indeholder borcarbid-partikler på 0,1 - 0,5 pm eller endog endnu mindre.

10 Til gennemførelse af fremgangsmåden har blandinger ud fra 25 - 75 vægt% borcarbid, 15 - 40 vægt% bor, 0 - 8 vægt% silicium, 15 10 - 50 vægt% wolfram- og/eller titancarbid og 0 - 6 vægt% kobolt vist sig som foretrukne. Bormængden bør her være så stor, at den i det mindste er tilstrækkelig til at omdanne det indførte 20 overgangsmetalcarbid til det tilsvarende borid og fortrinsvis også endvidere er i stand til at afbinde det frigjorte carbid-iske carbon.

Hvis det således vundne produkt skal omdannes til formlegemer 25 ved en varmpresning af pulveret, altså på konventionel pulver-metallurgisk måde, så sker denne varmpresning under vakuum eller i en inaktiv beskyttelsesatmosfære, navnlig en inaktiv luftart. En koldisostatisk forudgående fortætning af den intime blanding kan kobles forud for en sådan varmpresning. Selve 30 varmpresningen sker for det meste ved en temperatur mellem 1550 og 1850°C.

Den foreliggende opfindelse angår også formlegemer af legeringer, som indeholder borcarbid-wolframborid og/eller titanbo- 35 rid, som er fri for overgangsmetalcarbid og frit carbon, og som kan fremstilles ved en af de ovenfor beskrevne fremgangsmåder.

DK 163497 B

4

Der kendes ganske vist fra DE patentskrift nr. 1.027.883 allerede materialer, der indeholder borcarbid og overgangsmetal borid, som imidlertid også indeholder metalcarbid og frit carbon. Det har imidlertid overraskende vist sig, at formlegemer-5 ne ifølge opfindelsen, der er fri for metalliske carbider og frit carbon, besidder væsentligt overlegne mekaniske egenskaber. Materialer af den omhandlede art betegnes også hyppigt som keramiske materialer eller som hårdmetal-legeringer. De ifølge opfindelsen fremstillede formlegemer kan navnlig anven-10 des som materialer til fremstilling af sliddele, især på skærende værktøjer, frem for alt til mi neralnedbrydning eller metalbearbejdning, til pansring og lignende. I de ifølge opfindelsen fremstillede produkter foreligger carbidfasen normalt som B4C, mens boridfasen ved anvendelse af wolframcarbid og 15 titancarbid normalt foreliggen som W2B5 henholdsvis TiB2.

Eksempel 57 vægt% borcarbidpulver (1-7 pm), 35,5% amorft bor (95%-ig) 20 og 7,5 vægt% findelt Si blandes i 1 time i en hvirvelblander.

40 g af denne blanding formales i en attritor med 3 kg hårdme-talkugler (wolframcarbid-kobolt eller wofram-titancarbid-ko-bolt) og en hårdmetalomrører (1000 o/m) i propanol. Formalingstiden udgør højst 4 timer. Derpå bliver det attritorbe-25 handlede pulver i en rotationsfordamper adskilt fra propanol og tørret.

Der sker nu en formaling af pulveret i en WC-Co-kuglemølle og frasigtning af de grove, ved formalingen ikke nedbrudte agglo-30 merater (sigtens maskevidde 0,15 mm). I en presse fremstilles tabletter med en énaksial matrice, idet der kan foregår en koldisostatisk efter-fortætning, f.eks. ved 635 MPa. Varmpresningen sker under vakuum. Matricen består af grafit, der er belagt med bornitrid for at forhindre en reaktion mellem pul-35 veret og grafitten. Der belastes med 25 MPa, opvarmes til 1000°C, og denne temperatur holdes i 45 minutter. Derefter forøges pressetrykket til 35 MPa, og der opvarmes med 40

Claims (10)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af materialer og formlegemer på basis af borcarbid-overgangsmetalborid, kendeteg- 10 net ved, at man bringer findelt borcarbid i intim kontakt med bor og overgangsmetalcarbider og derefter, til fremstilling af formlegemer, varmpresser det vundne pulver.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at 15 man også anvender bor i findelt, især amorf form.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at den intime sammenblanding sker i nærværelse af fortrinsvis findelt silicium og/eller af kobolt. 20

4. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at man som overgangsmetal-carbid anvender et wolframcarbid og/eller titancarbid.

5. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at man anvender overgangsme-talcarbid og kobolt i form af hårdmetal legeringskugler, fortrinsvis med en diameter på 0,5 - 2,5 mm.

5 Patentkrav.

6. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at man først blander borcar-bidpulveret med bor og silicium og derpå formaler pulveret sammen med wolframcarbid og kobolt eller wolframcarbid, titancarbid og kobolt, fortrinsvis i nærværelse af et organisk op-35 løsningsmiddel.

7. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at man, i det mindste del- DK 163497 B vis, erstatter wolfram- eller titancarbid med andre overgangs-metalcarbider, fortrinsvis med zirkoncarbid, chromcarbid og/ eller tantalcarbid.

8. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at formalingen foregår indtil en borcarbid-partikelstørrelse på under 1 pm.

9. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af de foregående 10 krav, kendetegnet ved, at der blandes 25 - 75 vægt% borcarbid, 15 - 40 vægt% bor, 0 - 8 vægt% silicium, 15 10 - 50 vægt% wolfram- og/eller titancarbid og 0 - 6 vægt% kobolt.

10. Borcarbid-wolframborid- eller borcarbid-wolframborid-ti-tanborid-formlegerne der er fri for overgangsmetalcarbider og 20 frit carbon, kendetegnet ved, at det er fremstillet ved en af de i de foregående krav angivne fremgangsmåder. 25 30 35