RU2762282C2 - Деталь, содержащая металлокерамическую часть, и способ ее изготовления - Google Patents

Деталь, содержащая металлокерамическую часть, и способ ее изготовления Download PDF

Info

Publication number
RU2762282C2
RU2762282C2 RU2019139036A RU2019139036A RU2762282C2 RU 2762282 C2 RU2762282 C2 RU 2762282C2 RU 2019139036 A RU2019139036 A RU 2019139036A RU 2019139036 A RU2019139036 A RU 2019139036A RU 2762282 C2 RU2762282 C2 RU 2762282C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
molybdenum
powder
carbide
cermet
sintered
Prior art date
Application number
RU2019139036A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2019139036A3 (ru
RU2019139036A (ru
Inventor
Джессика МАРШАЛЛ
Гэри СВИТМЕН
Original Assignee
Хиперион Матириалз Энд Текнолоджиз (Свиден) Аб
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Хиперион Матириалз Энд Текнолоджиз (Свиден) Аб filed Critical Хиперион Матириалз Энд Текнолоджиз (Свиден) Аб
Publication of RU2019139036A publication Critical patent/RU2019139036A/ru
Publication of RU2019139036A3 publication Critical patent/RU2019139036A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2762282C2 publication Critical patent/RU2762282C2/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/04—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B9/041—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • B22F7/062—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools involving the connection or repairing of preformed parts
    • B22F7/064—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools involving the connection or repairing of preformed parts using an intermediate powder layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/19—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering taking account of the properties of the materials to be soldered
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3006—Ag as the principal constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/32—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at more than 1550 degrees C
    • B23K35/327—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at more than 1550 degrees C comprising refractory compounds, e.g. carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/5603—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides with a well-defined oxygen content, e.g. oxycarbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1084—Alloys containing non-metals by mechanical alloying (blending, milling)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/06—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C5/00—Alloys based on noble metals
    • C22C5/06—Alloys based on silver
    • C22C5/08—Alloys based on silver with copper as the next major constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F2005/001—Cutting tools, earth boring or grinding tool other than table ware
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04—Steel or steel alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/18—Dissimilar materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
    • B23K2103/52—Ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817—Carbides
    • C04B2235/3839—Refractory metal carbides

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Details Of Garments (AREA)
  • Forging (AREA)

Abstract

Изобретение относится к получению пайкой детали, содержащей металлокерамическую часть, включающую твердую фазу на основе карбида ниобия и металлическое связующее на основе никеля. Металлокерамическая часть паяной детали соединена припоем на основе серебра с другой ее частью, выполненной из металлокерамического материала, или спеченного карбида, или стали. Металлокерамическая часть содержит по меньшей мере 0,5 ат.% молибдена в виде части фазы металлического связующего. Упомянутая металлокерамическая часть обеспечивает при изготовлении пайкой детали краевой угол смачивания расплавленным припоем, меньше или равный 45°. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 табл., 8 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к детали, содержащей металлокерамическую часть, которая включает в себя твердую фазу на основе карбида ниобия и металлическое связующее на основе никеля, способу изготовления этой детали и применению этой детали для уменьшения краевого угла смачивания расплавленным припоем.
Уровень техники
Спеченные карбиды на основе карбида вольфрама (WC) широко используются во многих применениях, где требуется высокая твердость, прочность на поперечный разрыв и высокая вязкость разрушения. Однако запасы карбида вольфрама уменьшаются и соответственно растет его стоимость, поэтому в поиске подходящей замены рассматриваются альтернативные твердые металлы. В некоторых применениях таким альтернативным твердым материалом потенциально могут быть металлокерамические материалы на основе карбидов ниобия (NbC), запасы которых имеются в изобилии и поэтому они имеют более низкую стоимость.
Кроме того, твердый материал на основе NbC можно было бы использовать в качестве замены для инструментов из нержавеющей стали в тех применениях, которые приближаются к предельным характеристикам нержавеющей стали, а спеченные карбиды на основе WC обходятся слишком дорого.
Обычно при изготовлении инструментов из спеченного карбида и металлокерамического материала используют пайку для присоединения режущего элемента из спеченного карбида или металлокерамического материала к стальному хвостовику или другому элементу из спеченного карбида или металлокерамического материала, имеющему другую геометрию и/или состав. Однако для металлокерамической части, содержащей твердую фазу на основе карбида ниобия и металлическое связующее на основе никеля, использование методов пайки, которые обычно применяются для спеченных карбидов, содержащих карбид вольфрама, проблематично, поскольку краевой угол смачивания расплавленным припоем будет больше 90°, т.е. металлокерамическая часть имеет низкую паяемость и поэтому невозможно получить прочное соединение.
В основу настоящего изобретения положена задача создания технического решения, позволяющего уменьшить или даже устранить упомянутые выше проблемы.
Сущность изобретения
Соответственно, в настоящем изобретении предложена деталь, содержащая:
металлокерамическую часть, содержащую твердую фазу на основе карбида ниобия и металлическое связующее на основе никеля,
припой и
по меньшей мере одну другую часть, к которой следует припаять металлокерамическую часть,
отличающаяся тем, что металлокерамическая часть содержит по меньшей мере 0,5 атомного % (ат. %) молибдена.
Кроме того, также предложен способ припайки
металлокерамической части, содержащей твердую фазу на основе карбида ниобия и металлическое связующее на основе никеля, к по меньшей мере одной другой части, заключающийся в том, что:
a) обеспечивают порошок твердой фазы, содержащий более 50 массовых % (мас. %) карбида ниобия от общего количества порошка твердой фазы, например, более 60 мас. % карбида ниобия, например, более 7 0 мас. % карбида ниобия, например, более 8 0 мас. % карбида ниобия, например, более 90 мас. % карбида ниобия;
b) обеспечивают порошок металлического связующего, содержащий более 50 мас. % никеля от общего количества порошка металлического связующего, например, более 60 мас. % никеля, например, более 7 0 мас. % никеля, например, более 8 0 мас. % никеля, например, более 90 мас. % никеля;
c) смешивают порошок твердой фазы и порошок металлического связующего с органическим связующим с получением порошковой смеси;
d) измельчают полученную порошковую смесь;
e) спрессовывают измельченную порошковую смесь;
f) спекают спрессованную порошковую смесь с получением спеченной металлокерамической части;
g) обеспечивают припой, и
h) припаивают полученную спеченную металлокерамическую часть к по меньшей мере одной другой части с использованием припоя;
отличающийся тем, что на этапе (с)
добавляют порошок карбида молибдена (МоС) или
добавляют порошок молибдена и порошок углерода.
Следовательно, предложен способ, который позволит припаивать металлокерамическую часть, содержащую твердую фазу на основе карбида ниобия и металлическое связующее на основе никеля, по меньшей мере к одной другой части.
Кроме того, настоящее изобретение также относится к применению металлокерамической части, содержащей твердую фазу на основе карбида ниобия и металлическое связующее на основе никеля и молибден, для уменьшения краевого угла смачивания расплавленным припоем при припаивании металлокерамической части по меньшей мере к одной другой части с использованием упомянутого способа припайки металлокерамической части.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - снабженное ссылочными обозначениями оптическое изображение расплавленного припоя на поверхности металлокерамического материала, иллюстрирующее, как измеряется краевой угол;
Фиг. 2 - оптическое изображение образца А, показывающее краевой угол смачивания припоем;
Фиг. 3 - оптическое изображение образца В, показывающее краевой угол смачивания припоем;
Фиг. 4 - оптическое изображение образца С, показывающее краевой угол смачивания припоем;
Фиг. 5 - оптическое изображение образца D, показывающее краевой угол смачивания припоем;
Фиг. 6 - оптическое изображение образца Е, показывающее краевой угол смачивания припоем;
Фиг. 7 - оптическое изображение образца F, показывающее краевой угол смачивания припоем;
Фиг. 8 - оптическое изображение образца G, показывающее краевой угол смачивания припоем.
Подробное описание изобретения
Согласно одному аспекту настоящего изобретения предложена деталь, содержащая:
металлокерамическую часть, содержащую твердую фазу на основе карбида ниобия и металлическое связующее на основе никеля,
припой и
по меньшей мере одну другую часть, к которой следует припаять металлокерамическую часть;
отличающаяся тем, что металлокерамическая часть содержит по меньшей мере 0,5 атомного % (ат. %) молибдена.
Для расчета атомного процентного содержания
металлокерамической части берут массовые проценты (мас. %) добавленных порошков и затем используют соответствующие молекулярные или атомные веса компонентов порошков, добавленных во время изготовления металлокерамической части, для расчета относительных атомных процентов (ат. %) для каждого элемента. Атомный процент также известен как атомная молекулярная доля. Чтобы вычислить атомные проценты отдельных элементов содержания любых добавок карбида разделяются на соответствующие массовые доли металла и углерода.
Термин мас. % относится к мас. % каждого порошка по сравнению с общим составом порошка. Положительный эффект добавления молибдена (Мо) на паяемость металлокерамической части проявляется только при добавлении по меньшей мере 0,5 ат. % Мо.
Авторы изобретения неожиданно обнаружили, что добавление молибдена значительно повышает паяемость металлокерамической части, как будет продемонстрировано на примерах. Без ограничения какой-либо теорией, авторы полагают, что добавленный молибден образует часть фазы металлического связующего и что его добавление повышает растворимость металлического связующего в расплавленном припое, следовательно, получается лучшее и более прочное паяное соединение.
Металлокерамический материал определяется как материал, содержащий твердую фазу и фазу металлического связующего. В данном контексте термин "твердая фаза на основе карбида ниобия" означает, что твердая фаза содержит более 50 мас. % частиц карбида ниобия от общего количества твердой фазы, например, более 60 мас. % карбида ниобия, например, более 70 мас. % карбида ниобия, например, более 80 мас. % карбида ниобия, например, более 90 мас. % карбида ниобия. Остальная твердая фаза будет состоять из WC, ТаС, TiC, ZrC, Мо2С или HfC или их смеси. Кроме того, в настоящем изобретении термин " фаза металлического связующего на основе никеля" означает, что связующее содержит более 50 мас. % никеля от общего количества фазы металлического связующего, например, более 60 мас. % никеля, например, более 70 мас. % никеля, например, более 80 мас. % никеля, например, более 90 мас. % никеля. Связующее может также содержать Со и Fe. Следует также понимать, что металлическое связующее на основе никеля можно заменить металлическим связующим на основе железа, и что можно добавить небольшие количества других карбидов, таких как WC, TiC, ТаС, HfC или VC, например, до 4 мас. %, чтобы улучшить, например, измельчение зерна, повысить ударную вязкость и/или твердость в горячем состоянии.
Как хорошо известно специалистам в данной области техники, припайка - это процесс, который используется для соединения или сплавления деталей, содержащих твердый металл или металл. Во время данного процесса к присадочному металлу, например, припою, который плавится при температуре ниже точки плавления соединяемых частей, прикладывается тепло.
В одном варианте осуществления изобретения
металлокерамическая часть содержит молибден в количестве по меньшей мере 1,0 ат. %. Как показано в примерах, еще более высокий положительный эффект на паяемость металлокерамической части наблюдается, если добавка молибдена составляет по меньшей мере 1,0 ат. %.
В одном варианте осуществления содержание молибдена в металлокерамической части составляет не более 10,6 ат. %, поскольку свойства детали можно дополнительно оптимизировать, сохраняя добавку молибдена в количестве не более 10,6 ат. %. При добавлении больших количеств молибдена существует риск осаждения карбида молибдена. Присутствие второй твердой фазы в металлокерамическом материале, такой как карбид молибдена, может отрицательно сказаться на износостойкости, прочности на поперечный разрыв или на аспектах, связанных с контролем роста зерна.
В одном варианте осуществления в качестве припоя используется припой на основе серебра. В данном контексте термин "припой на основе серебра" означает, что припой содержит более 50 ат. % серебра от общего количества припоя. Припой может содержать 64 ат. % Ag, 26 ат. % Cu, 2 ат. % Ni, 2 ат. % Mn и 6 ат. % In.
Согласно одному варианту осуществления, по меньшей мере, одна другая часть представляет собой две или более частей. Согласно еще одному варианту, по меньшей мере одна из этих двух частей представляет собой металлокерамический материал. В одном варианте осуществления детали согласно определению в настоящем документе, представленному выше или в дальнейшем, по меньшей мере одна другая часть выбирается из металлокерамического материала, который может иметь такой же состав или состав, отличный от указанного металлокерамического материала. По меньшей мере, одна другая часть может быть выбрана из спеченного карбида или части, содержащей стальной сплав.
Данная деталь может использоваться при изготовлении таких изделий, как сверло, режущая пластина или режущая кромка пилы. Например, в случае сверла рабочая часть сверла является металлокерамической частью детали, которая припаивается к стальному хвостовику (по меньшей мере, одной другой части).
Другой аспект настоящего изобретения относится к способу припайки металлокерамической части, содержащей твердую фазу на основе карбида ниобия и металлическое связующее на основе никеля, к по меньшей мере одной другой части, заключающемуся в том, что:
a) обеспечивают порошок твердой фазы, содержащий более 50 массовых % (мас. %) карбида ниобия от общего количества порошка твердой фазы;
b) обеспечивают порошок металлического связующего, содержащий более 50 мас. % никеля от общего количества порошка металлического связующего;
c) смешивают порошок твердой фазы и порошок металлического связующего с органическим связующим с получением порошковой смеси;
d) измельчают полученную порошковую смесь;
e) спрессовывают измельченную порошковую смесь;
f) спекают прессованную порошковую смесь с получением спеченной металлокерамической части;
g) обеспечивают припой, и
h) припаивают полученную спеченную металлокерамическую часть к по меньшей мере одной другой части с использованием припоя;
отличающемуся тем, что на этапе (с) добавляют порошок карбида молибдена (МоС) или добавляют порошок молибдена и порошок углерода. Порошок твердой фазы и порошок металлического связующего измельчают вместе с органическим связующим, обычно в шаровой мельнице. Органическое связующее добавляется для облегчения прессования, обычно это полиэтиленгликоль (ПЭГ), например, ПЭГ 34. Как правило, при этом порошку придают форму методом прессования, например, в прессе ТОХ. После прессования порошковую смесь спекают, например, в печи Sinter HIP. Однако можно применять и другие способы измельчения, формования и спекания, а также можно использовать другие способы прессования для осуществления способа, раскрытого в данном документе. Как отмечалось выше, молибден добавляют на этапе (с) либо в виде порошка карбида молибдена, либо в виде отдельного порошка молибдена и отдельного порошка углерода в эквивалентных атомных количествах.
Согласно одному варианту осуществления способа, описанного выше или далее, массовый процент (мас. %) карбида молибдена или общий массовый процент добавленных молибдена и углерода меньше, чем массовый процент никеля от всей порошковой смеси. Термин мас. % подразумевает мас. % каждого порошка по сравнению с общим порошковым составом, то есть включает в себя добавленный карбид молибдена или добавленные молибден и углерод. Было обнаружено, что в тех случаях, когда массовый процент карбида молибдена или общий массовый процент добавленных молибдена и углерода был выше количества добавленного никеля, присутствовали осаждения нерастворенного карбида молибдена.
Согласно одному варианту осуществления способа, описанного выше или далее, суммарный массовый процент добавок никеля, карбида молибдена и углерода составляет от 6 до 35 мас. %, например, от 8 до 30 мас. %, от общей порошковой смеси. Свойства металлокерамической части оптимизируются, если общий массовый процент никеля и карбида молибдена составляет, по меньшей мере, 6 мас. %, например, по меньшей мере 8 мас. %, с получением полностью плотного металлокерамического материала. Свойства металлокерамического материала также оптимизируются, если суммарный массовый процент никеля, карбида молибдена и углерода не превышает 35 мас. %, например, не более 30 мас. %, поскольку при более высоком содержании металлического связующего в металлокерамической части уменьшится сплошность материала и это отрицательно повлияет на свойства материала, например, снизится твердость и ударная вязкость.
Согласно одному варианту осуществления способа, описанного выше или далее, в качестве припоя используют припой на основе серебра.
Согласно одному варианту осуществления способа, описанного выше или далее, по меньшей мере одну другую часть выбирают из металлокерамического материала, спеченного карбида или части, содержащей сталь.
В процессе спекания карбид молибдена растворится в металлическом связующем и будет присутствовать в виде молибдена, а не карбида молибдена. Если добавить отдельно порошки молибдена и углерода, то оба порошка будут растворяться в связующем. По-видимому, в спеченном образце образуются металлическое связующее из сплава никеля и молибдена и всего одна твердая фаза, представляющая собой NbC с различными стехиометриями углерода.
Настоящее изобретение также относится к применению металлокерамической части, которая содержит твердую фазу на основе карбида ниобия и металлическое связующее на основе никеля и молибден для уменьшения краевого угла смачивания расплавленным припоем при припаивании металлокерамической части к по меньшей мере одной другой части с использованием припоя. Понятно, что расплавленный припой представляет собой припой в его жидкой форме. Его получают путем нагрева припоя до температуры несколько выше его температуры плавления. Нагревание можно осуществлять в подходящей защитной атмосфере. Расплавленный припой будет растекаться по соединяемым частям (этот эффект также известен как смачивание), после чего расплавленный припой и части охлаждают для их соединения.
Краевой угол Θ - это угол в том месте, где расплавленный припой контактирует с поверхностью, на которой он находится. Как показано на фиг. 1, для измерения этого угла получают оптическое изображение расплавленного припоя на поверхности после охлаждения (2). Проводят первую линию (4) вдоль поверхности на металлокерамическом материале (б) и вторую линию (8) от точки контакта расплавленного припоя (12) с поверхностью (10). Затем измеряют угол между этими двумя линиями, и этот угол является краевым углом (14). Меньший краевой угол означает лучшее смачивание расплавленным припоем и, следовательно, лучшее соединение между соединяемыми деталями. Для улучшения паяемости необходимо иметь возможность уменьшить краевой угол до минимально возможного.
В соответствии с одним вариантом осуществления краевой угол уменьшают до менее 90°, например, менее или равного 45°, например, менее или равного 30°. Хорошее смачивание можно обеспечить, если краевой угол меньше 90°, если же этот угол больше 90°, то смачивания не произойдет и две части не соединятся. В соответствии с одним вариантом осуществления краевой угол уменьшают до менее 45°, например, менее 30°. Чем меньше краевой угол, тем больше площадь сцепления и, следовательно, тем прочнее получаемое паяное соединение.
Согласно одному варианту осуществления в качестве расплавленного припоя используют припой на основе серебра.
Согласно одному варианту осуществления, по меньшей мере одну другую используемую часть выбирают из металлокерамического материала, спеченного карбида или части, содержащей сталь.
Представленные ниже примеры являются лишь иллюстративными, не имеющими ограничительного значения примерами.
ПРИМЕРЫ
Металлокерамические материалы на основе карбида ниобия готовили путем предварительного измельчения карбида ниобия в течение 20 часов. Взвешивали предварительно измельченный порошок карбида ниобия, а также порошок никеля и порошок карбида молибдена. Эти компоненты затем измельчали вместе с 1200 г измельчающей среды (цильпебс) при массовом соотношении засыпка: измельчитель 1:21 в этиловом спирте в течение 8 часов с ПЭГ 34. Затем полученный порошок высушивали, просеивали и прессовали на прессе ТОХ с получением кусков размером приблизительно 5,5×6,5×20 мм, затем эти куски спекали в вакууме при температуре от 1410 до 1450°С в течение 1 часа. Спеченные куски подвергали грубой шлифовке на алмазном диске, а затем полировали более мелкими алмазными суспензиями до окончательной степени полировки с использованием алмазной крошки 1 мкм с коллоидной двуокисью кремния.
Для испытаний паяемости на самой большой грани спеченного образца размещали кусочки фольги Johnson Matthey Metal Argobraze 64 толщиной 165 мкм, которая состоит из 64 ат. % Ag, 26 ат. % Cu, 2 ат. % Ni, 2 ат. % Mn, 6 ат. % In, массой приблизительно 0,02 г. Затем припой покрывали флюсом Johnson Matthey Easy-Flo для предотвращения окисления. Для проверки паяемости образцы помещали в центр медной катушки, изготовленной из 2,5 витков медной трубки диаметром 5 мм с внутренним диаметром 3 6 мм, которую присоединили к индукционному нагревателю Ambrel Ekoheat ES мощностью 15 кВт. Для каждого испытания устанавливали напряжение 100 вольт, при этом время, необходимое для расплавления припоя после включении, составляло приблизительно 30 секунд. После того, как расплавленный припой становился заметен для глаза, питание оставляли включенным еще на 3 секунды, а затем выключали. После полного остывания образцов удаляли флюс с помощью горячей воды, а затем получали оптическое изображение полированного поперечного сечения расплавленного припоя, чтобы можно было измерить краевой угол (Θ).
В таблице 1 приведены данные для составов, полученные при взвешивании на стадии смешивания порошка, атомные содержания и измеренные краевые углы.
Figure 00000001
Были получены оптические микроскопические изображения расплавленных припоев и измерены краевые углы, как изображено на фиг. 2-8 для образцов A-G, соответственно. Как видно из приведенной выше таблицы, если к металлокерамическому материалу на основе карбида ниобия не добавлен карбид молибдена, то краевой угол составляет >90° и поэтому смачивание не происходит. Однако при добавлении в состав даже небольшого количества карбида молибдена краевой угол уменьшается значительно ниже 90° и достигается хорошее смачивание. Самый малый краевой угол получили при введении 4,2 ат. % Мо в спеченный образец.
Следует также отметить, что если пайка спеченного карбида на основе WC с кобальтовым или никелевым металлическим связующим осуществляется с использованием припоя на основе серебра, то краевой угол смачивания расплавленным припоем будет меньше или равен 90° даже без каких-либо дополнительных добавок Мо или иного материала к составу. Это означает, что хорошие смачивание и паяемость достигаются без каких-либо дополнительных изменений состава спеченного карбида.
Если количество добавленного карбида молибдена в мас. % превышает количество добавленного никеля, то наблюдаются осаждения карбида молибдена в твердой фазе.
Добавление других карбидов, таких как WC, TiC, VC, Cr3C2 или ZrC, к металлокерамической части с твердой фазой на основе карбида ниобия и металлическим связующим на основе никеля не дало такого же эффекта. Положительный эффект уменьшения краевого угла смачивания расплавленным припоем обеспечивает только Мо2С.

Claims (17)

1. Паяная деталь, содержащая металлокерамическую часть, включающая твердую фазу на основе карбида ниобия и металлическое связующее на основе никеля, соединенную припоем на основе серебра с другой ее частью, выполненной из металлокерамического материала, или спеченного карбида, или стали, при этом металлокерамическая часть содержит по меньшей мере 0,5 ат. % молибдена в виде части фазы металлического связующего.
2. Деталь по п. 1, в которой содержание молибдена в металлокерамической части составляет по меньшей мере 1,0 ат. %.
3. Деталь по п. 1 или 2, в которой содержание молибдена в металлокерамической части составляет не более 10,6 ат. %.
4. Способ изготовления паяной детали по любому из пп. 1-3, включающий в себя этапы, на которых:
a) обеспечивают порошок твердой фазы, содержащий более 50 мас. % карбида ниобия от общего количества порошка твердой фазы;
b) обеспечивают порошок металлического связующего, содержащий более 50 мас. % никеля от общего количества порошка металлического связующего;
c) добавляют порошок карбида молибдена или порошок молибдена и порошок углерода в порошок твердой фазы и порошок металлического связующего из условия содержания в металлокерамической детали по меньшей мере 0,5 ат. % молибдена с обеспечением образования части фазы металлического связующего при последующем спекании, после чего смешивают с органическим связующим с получением порошковой смеси;
d) измельчают полученную порошковую смесь;
e) спрессовывают измельченную порошковую смесь;
f) спекают спрессованную порошковую смесь с получением спеченной металлокерамической части;
g) обеспечивают припой на основе серебра, и
h) припаивают полученную спеченную металлокерамическую часть к по меньшей мере одной другой части детали, выполненной из металлокерамического материала, или спеченного карбида, или стали.
5. Способ по п. 4, в котором массовый процент карбида молибдена или суммарный массовый процент добавленных молибдена и углерода меньше, чем массовый процент никеля во всей порошковой смеси.
6. Способ по п. 4 или 5, в котором суммарный массовый процент никеля и карбида молибдена или молибдена и углерода составляет от 6 до 35 мас. % всей порошковой смеси.
7. Применение металлокерамической части, содержащей твердую фазу на основе карбида ниобия, молибден и металлическое связующее на основе никеля, при изготовлении паяной детали по любому из пп. 1-3 способом по любому из пп. 4-6 для обеспечения уменьшения краевого угла смачивания расплавленным припоем.
8. Применение по п. 7, в котором краевой угол смачивания расплавленным припоем составляет менее 90°.
9. Применение по п. 7 или 8, в котором краевой угол смачивания расплавленным припоем составляет меньше или равен 45°.
RU2019139036A 2017-05-05 2018-02-23 Деталь, содержащая металлокерамическую часть, и способ ее изготовления RU2762282C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17169649.5A EP3398703B1 (en) 2017-05-05 2017-05-05 A body comprising a cermet part and a manufacturing method thereof
EP17169649.5 2017-05-05
PCT/EP2018/054582 WO2018202339A1 (en) 2017-05-05 2018-02-23 A body comprising a cermet part and a method for the manufacturuing thereof

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2019139036A RU2019139036A (ru) 2021-06-07
RU2019139036A3 RU2019139036A3 (ru) 2021-07-14
RU2762282C2 true RU2762282C2 (ru) 2021-12-17

Family

ID=58671503

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019139036A RU2762282C2 (ru) 2017-05-05 2018-02-23 Деталь, содержащая металлокерамическую часть, и способ ее изготовления

Country Status (11)

Country Link
US (1) US20200198297A1 (ru)
EP (1) EP3398703B1 (ru)
JP (1) JP7299161B2 (ru)
KR (1) KR102407068B1 (ru)
CN (1) CN110636914A (ru)
ES (1) ES2802401T3 (ru)
IL (1) IL270328B1 (ru)
MX (1) MX2019013170A (ru)
RU (1) RU2762282C2 (ru)
TW (1) TWI787241B (ru)
WO (1) WO2018202339A1 (ru)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109402479B (zh) * 2018-12-17 2020-12-22 四川理工学院 一种高耐磨强韧性NbC基轻质金属陶瓷合金及其制备方法
GB201900988D0 (en) * 2019-01-24 2019-03-13 Hyperion Materials & Tech Sweden Ab Lightweight cemented carbide
CN110394451A (zh) * 2019-04-29 2019-11-01 浙江恒成硬质合金有限公司 一种以NbC为主相的导向辊生产工艺
CN110394453A (zh) * 2019-04-29 2019-11-01 浙江恒成硬质合金有限公司 一种碳化铌硬质合金辊环生产工艺
GB201917347D0 (en) * 2019-11-28 2020-01-15 Hyperion Materials & Tech Sweden Ab NbC-based cemented carbide

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0598383A (ja) * 1991-10-08 1993-04-20 Sumitomo Electric Ind Ltd 硬質合金
GB2419618A (en) * 2004-10-29 2006-05-03 Smith International Roller cone cutting element with selectively positioned wear resistant surface
RU2008113189A (ru) * 2005-09-09 2009-10-20 Бейкер Хьюз Инкорпорейтед (Us) Композиционный материал, включающий матрицу на основе никеля и твердые частицы, инструмент, включающий такие материалы, и способ их использования
RU2536903C2 (ru) * 2009-12-18 2014-12-27 Метсо Минералз (Веар Протекшн) Аб Состоящий из двух материалов удлиненный элемент-вставка для измельчающего валка

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08249B2 (ja) * 1987-04-11 1996-01-10 株式会社クボタ 耐焼付性耐摩耗性にすぐれた摺動部材
JP2004249404A (ja) 2003-02-20 2004-09-09 Kyocera Corp 切削工具
CN1718812B (zh) * 2005-07-04 2010-04-21 帅进 可焊接、高耐磨、高韧性碳化钛基硬质合金
US20070077876A1 (en) * 2005-10-04 2007-04-05 Rogers Lamont A Ceramic tipped tool
CN100526490C (zh) * 2006-04-14 2009-08-12 韶关学院 高熵合金粘结剂与复合碳化物烧结的硬质合金及其制作方法
CN102187005A (zh) * 2008-10-20 2011-09-14 H.C.施塔克股份有限公司 用于生产基于碳化钨的硬质金属的含钼金属粉末
US20100230177A1 (en) * 2009-03-10 2010-09-16 Baker Hughes Incorporated Earth-boring tools with thermally conductive regions and related methods
EP2465960B1 (en) 2010-12-17 2014-10-08 Sandvik Intellectual Property AB Cermet body and a method of making a cermet body
CN104651698A (zh) * 2013-11-21 2015-05-27 上海典工新材料科技有限公司 一种金黄色高韧性硬质合金
CN105829634B (zh) * 2014-02-11 2018-08-10 哈利伯顿能源服务公司 沉淀硬化基质钻头
CN108213411B (zh) * 2016-08-03 2020-08-25 成都锦钛精工科技有限公司 基于TiCN-MxC-Co的涂层喷涂和3D打印金属陶瓷材料及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0598383A (ja) * 1991-10-08 1993-04-20 Sumitomo Electric Ind Ltd 硬質合金
GB2419618A (en) * 2004-10-29 2006-05-03 Smith International Roller cone cutting element with selectively positioned wear resistant surface
RU2008113189A (ru) * 2005-09-09 2009-10-20 Бейкер Хьюз Инкорпорейтед (Us) Композиционный материал, включающий матрицу на основе никеля и твердые частицы, инструмент, включающий такие материалы, и способ их использования
RU2536903C2 (ru) * 2009-12-18 2014-12-27 Метсо Минералз (Веар Протекшн) Аб Состоящий из двух материалов удлиненный элемент-вставка для измельчающего валка

Also Published As

Publication number Publication date
US20200198297A1 (en) 2020-06-25
MX2019013170A (es) 2019-12-18
JP7299161B2 (ja) 2023-06-27
EP3398703A1 (en) 2018-11-07
JP2020520412A (ja) 2020-07-09
CN110636914A (zh) 2019-12-31
IL270328A (ru) 2019-12-31
WO2018202339A1 (en) 2018-11-08
EP3398703B1 (en) 2020-05-27
RU2019139036A3 (ru) 2021-07-14
RU2019139036A (ru) 2021-06-07
ES2802401T3 (es) 2021-01-19
KR102407068B1 (ko) 2022-06-10
TW201843313A (zh) 2018-12-16
IL270328B1 (en) 2024-04-01
KR20200003807A (ko) 2020-01-10
TWI787241B (zh) 2022-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2762282C2 (ru) Деталь, содержащая металлокерамическую часть, и способ ее изготовления
JP5810469B2 (ja) 超硬合金、及び超硬合金の製造方法
JP3717525B2 (ja) 硬質焼結合金
CN104032153B (zh) 一种高强韧微晶硬质合金的制造方法
TW201026858A (en) Metal powder
WO2010147718A2 (en) Erosion resistant subterranean drill bits having infiltrated metal matrix bodies
KR20170066373A (ko) 레이저 클래드 금속 합금을 갖는 톱 요소
JPWO2020090280A1 (ja) 超硬合金、切削工具および超硬合金の製造方法
JPS6256224B2 (ru)
EP2606996A1 (en) A method for sintering metal matrix composite materials
JP2001089823A (ja) 複硼化物系硬質焼結合金及びその合金を用いた樹脂加工機械用スクリュー
JPH07197180A (ja) 耐食性に優れた高強度高硬度超硬合金
JP3935029B2 (ja) 炭化タングステン系超硬質材料及びその製造方法
EP3084028B1 (en) Composition for a novel grade for cutting tools
JPH0598384A (ja) 高強度および高硬度を有する炭化タングステン基超硬合金
CN112779436A (zh) 一种AgNi电触头材料及其制备方法
JPS634618B2 (ru)
JP2005076115A (ja) 鉄含有超硬合金
JP5740764B2 (ja) サーメット
JPH02232343A (ja) 焼結合金およびその製造方法
JPS5931584B2 (ja) ガラス切断用超硬合金
CN112831705A (zh) 碳化钨基胶合硬质材料
JP2003193169A (ja) 超硬合金
Iparraguirre et al. Cermets and Ceramics: Microstructure and Abrasive Wear Resistance of Tic-WC-Co-Ni-Cr Cermets Obtained by Liquid Phase Sintering
JPS5929096B2 (ja) ガラス切断用超硬合金

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner