TWI457186B

TWI457186B - 刀具、其製造方法及其均質化碳化鎢的製造方法

Info

Publication number: TWI457186B
Application number: TW101101521A
Authority: TW
Inventors: Hung Tu Lu
Original assignee: Kunshan Nano New Material Technology Co Ltd
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2014-10-21
Also published as: TW201328798A; CN103205620B; CN103205620A

Description

刀具、其製造方法及其均質化碳化鎢的製造方法

本發明是有關於一種刀具，特別是有關於一種刀具、其製造方法及其均質化碳化鎢的製造方法。

近幾十年來，科學發展一日千里，新技術、新理論、新材料不斷的發展出來。在許多重要的材料中，碳化鎢(tungsten-titanium,WC)是屬於最強硬的材料，利用碳化鎢可製成各類零件。目前，碳化鎢刀具新材料使得切削鋼材的加工效率獲得突破性提高，以硬質合金材料的形態廣泛應用在各種對耐磨性要求嚴格的特殊零件，如閥類、iPhone外殼模具、鑽頭、掃雪機刀片等。為了配合高速加工、大量節省加工時間與成本，刀具的改進已成為目前產業量產重要的因素。碳化鎢刀具因有較高耐磨性和硬度而在刀具市場上的比重日益增加，且廣泛地利用於製造工藝中。

碳化鎢刀具為粉末冶金的產品，其主要成分為鎢並加入鈦、鉬、鉭等金屬粉末及鈷粉作為結合劑，再經加熱燒結完成。碳化鎢刀具的硬度較任何其他材料均高且可達高碳鋼的三倍，並適用於切削較硬金屬或石材，因其材質脆硬，故只能製成片狀再焊於較具靭性之刀柄上。

目前，碳化鎢刀具製作方式係利用粉末冶金方式以碳化鎢合金材料製作，其主要成份是碳化鎢，且以鈷為黏合劑而使碳化鎢晶粒黏合在一起。碳化鎢刀具之粉末冶金製作方式主要由下列步驟所組成：

(一)碳化鎢粉的製取：利用選礦技術將含鎢的礦石破碎分離，而取得含鎢量高的精礦，將含鎢的精礦與碳化鋁或碳化鈣混在一起加熱產生反應，所產生的高熱量與碳化鋁或碳化鈣進行加熱反應至超2100℃而形成碳化鎢，待冷卻後將此碳化鎢破碎至極細的粉末。另外一種製造方式是在高溫下將鎢粉與碳混在一起製成碳化鎢。

(二)合金的製成：碳化鎢合金製作係將碳化鎢與鈷以一定的比例混合並加壓成各種形狀，然後半燒結。此燒結過程通常是在真空爐裡進行，設定真空爐之溫度大約為1300℃至1500℃之間可製得含有約94%碳化鎢及6%鈷之碳化鎢合金材料，其中碳化鎢顆粒之間以鈷粒為黏合劑。

燒結碳化物是由散佈的堅硬陶瓷顆粒(碳化鎢)及包圍它們的金屬基質(鈷)所組成，碳化鎢質地堅硬、勁度高且耐高溫但具脆性，故為了改善其韌性，於加入鈷粉末加壓成壓粉體後，加熱使鈷熔化而將碳化鎢緊緊包住。固化後鈷即成為碳化鎢的黏結劑，且提供了耐衝擊抵抗能力，鈷的主要功能是作為碳化鎢的黏結劑和改善刀具韌性的功能。

由上述可見，目前碳化鎢粉末冶金製程具有前述各方面的廣大應用潛力，然而已知其仍具有下述限制及缺點：在碳化鎢形成同時，粉末常因團聚效應而有其顆粒粒徑不均一的現象產生，該等碳化鎢粉末於後續分離顆粒大小過程僅經過篩網粗略分離，隨後即被添加入刀具加工製程中。因此，所製成的碳化鎢刀具所含的碳化鎢顆粒為非均質化分布，該等非均質的碳化鎢顆粒分布於該刀具之內部及其表面不同位置上，該刀具於使用過程中因其內部含有非均質碳化鎢而使該刀具表面呈現不同的硬度區域，亦或造成整體刀具之硬度下降，所製成的刀具製品在使用過程中可能會產生刀具表面凹陷毀損現象，而減少刀具之使用壽命。以目前關於碳化鎢刀具之相關技術而言，大部分之技術都僅對碳化鎢做顆粒奈米化處理，忽略碳化鎢顆粒粒徑的均質化表現對其硬度及刀具的使用壽命上之影響。據以，現有技術仍缺乏一種具有均質化碳化鎢刀具及其碳化鎢的分類製造方法。

為解決目前碳化鎢刀具於製作過程中僅將碳化鎢顆粒進行粗篩分離處理，而產生顆粒非均質化問題，導致對刀具之硬度及使用壽命上的影響。本發明係提供一種刀具及其製造方法以及均質化碳化鎢的製造方法，其係藉由均質化分散、離心顆粒大小分類及震盪等組合方式，獲得均質化碳化鎢，可製得到較高硬度及較長使用壽命之碳化鎢刀具。

有鑑於上述習知技藝之問題，根據本發明其中一目的就是在提供一種刀具，碳化鎢刀具由粉末冶金方法所製成，其中刀具包含一均質化碳化鎢及選自於由下列所構成之群組之至少一者：鎢、鈷、碳化鉭、碳化鈦以及其等之組合。

較佳地，鎢之含量係佔均質化碳化鎢整體重量之50至90wt%。

較佳地，均質化碳化鎢之粒徑範圍係為奈米等級，粒徑範圍可為1-10nm。

根據本發明之另一目的，提出一種刀具之製造方法，其包括有下列步驟：(1)秤取一均質化碳化鎢粉末與其他金屬材料於第一預設參數條件下壓製成胚體，第一預設參數條件如下：環境壓力1000Psi，持壓時間20分鐘及壓製溫度介於25~150℃之間；其中該其他金屬粉末選自於由下列所構成之群組之至少一者：鎢、鈷、碳化鉭、碳化鈦以及其等之組合；(2)將上述胚體置於一載座上再置入一碳化環境中，並於第二預設參數條件下進行常壓燒結，第二預設參數條件如下：燒結溫度介於1410~1470℃之間、升溫速率3~5℃/min之間及高溫持溫時間20~95分鐘；以及(3)燒結完成後得到具有均質化碳化鎢之刀具。

較佳地，刀具的硬度可達1810~1850Hv₃₀kg之間。

較佳地，刀具的使用壽命可達1880~1900分鐘之間。

較佳地，刀具的橫斷裂強度可達4270~4300N/mm²之間。

根據本發明之又一目的，提出一種均質化碳化鎢的製造方法，其係包括有下列步驟： (1)提供一含有碳化鎢之原液；(2)置入含有碳化鎢之原液於均質器中，均質器係包括攪拌頭及震盪分散頭，將含有碳化鎢之原液藉由攪拌頭進行一預定攪拌時間，再藉由震盪分散頭進行一預定分散時間後，得到一分散後原液；以及(3)置入分散後原液於離心器中，離心器之高速離心力使分散後原液中碳化鎢顆粒間相互碰撞，產生一離心後原液，而取得具有一預設顆粒範圍該均質化碳化鎢。

較佳地，在步驟(3)之後，進一步包含有一震盪步驟，其係為置入離心後原液於震盪器中進行震盪，使離心後原液中碳化鎢更均質化分散。

較佳地，在步驟(3)之前，進一步包含有一震盪步驟，其係為置入分散後原液於震盪器中進行震盪，使分散後原液中碳化鎢更均質化分散。

較佳地，在步驟(2)之前更包含有另一離心步驟，其係為將含有碳化鎢之原液置入離心器中，離心器之高速離心力使含有碳化鎢之原液中碳化鎢顆粒間相互碰撞，產生另一離心後原液，後續將另一離心後原液置入步驟(2)之均質器中進行步驟(2)及步驟(3)。

較佳地，震盪器可為超音波震盪器。

較佳地，預定攪拌時間範圍為2-4小時，預定分散時間可為1小時。

較佳地，鎢之含量係介於均質化碳化鎢整體重量之50至90wt%。

較佳地，含有碳化鎢之原液包含有選自於由下列所構成之群組之至少一者：鎢、鈷、碳化鉭、碳化鈦以及其等之組合。

本發明所提供的刀具、其製造方法及其均質化碳化鎢的製造方法，其提供下列的優點：

1.均質化碳化鎢顆粒分布於刀具的內部及表面不同位置上，刀具內部含有均質化碳化鎢使其表面呈現相同的高硬度區域，所製成的刀具在使用過程中因刀具整體硬度均勻，所以在長期使用下刀具表面凹陷毀損機率降低，並具有較長的刀具使用壽命。

2.本發明的均質化碳化鎢之製造方法係利用均質化分散、離心顆粒大小分類及超音波震盪等組合方式，獲得均質化碳化鎢。其中，藉由特殊的均質器將其碳化鎢均質化，後續於離心過程中利用高速離心作用力依照顆粒大小進行離心分類。非均質化碳化鎢顆粒之間相互的碰撞力以及所受到的高離心力使原本團聚的顆粒能夠有效地分散。此外，更可結合超音波震盪原理，在碳化鎢原料進入到分類腔之前，將碳化鎢溶液中未被徹底分散的顆粒進行超音波震盪分散，使團聚分子之間的空氣間隙被超高頻率的電磁流震盪擊破，達到團聚分子分散的效能，進而達到顆粒均質化的目的。

本發明的效果並不限定於以上所述的情況，對於沒有提及的其他效果，技術人員可從下面的記載明確地理解。

S1-S4‧‧‧流程步驟

S11-S21-S41-S31‧‧‧流程步驟

S111-S311'-S211-S311‧‧‧流程步驟

第1圖係為本發明之一實施例之均質化碳化鎢的分類製造方法之流程步驟圖。

第2圖係為本發明之另一實施例之均質化碳化鎢的分類製造方法之流程步驟圖。

第3圖係為本發明之又一實施例之均質化碳化鎢的分類製造方法之流程步驟圖。

本發明所使用分離液體中碳化鎢顆粒大小之離心分類方法，其原理如下：顆粒與流體在離心力場中作相對運動時，受到三個力的作用：離心力F_c、浮力F_b、曳引力F_d。對於一定的顆粒和流體，離心力F_c、浮力F_b一定，但曳引力F_d卻隨著顆粒運動速度而變化，最後顆粒與液體間之相對速度將平衡於一終端速度u_t，此時顆粒所受的諸力之和為零

離心力Fc與浮力Fb方向始終相反，對球狀微粒而言若其直徑及密度分別為φ及ρ_p，而液體的密度為ρ_L則

其中r為旋轉半徑，ω為角速度，並且

Re為雷諾係數，最後可得終端速度u_t為

本發明係巧妙的應用曳引力將較小粒徑的碳化鎢曳引至空間中不同位置與較大粒徑的碳化鎢分離開。其原理如下：碳化鎢與器壁或碳化鎢與碳化鎢間之最大靜磨擦力F_r正比於離心力F_c和浮力F_b之差

若液體與器壁有一相對速度v，則液體對碳化鎢之曳引力F_d正比於碳化鎢粒徑φ和相對速度v之乘積

因此，曳引力與最大靜磨擦力和粒徑有不同的指數關係，只要適當控制液體與器壁之相對流速即可調整曳引力與最大靜磨擦力之平衡點。其中所受曳引力低於平衡點之粒徑較小碳化鎢，即其所受曳引力大於最大靜磨擦力之碳化鎢，無法留滯在器壁會被液體曳引帶往其他位置，只有曳引力高於平衡點之粒徑較大碳化鎢，即其所受曳引力小於最大靜磨擦力之碳化鎢可以留滯在器壁，進而可以分離出不同粒徑之碳化鎢。

在離心力的作用下，利用離心樣品物質的沉降係數、浮力、密度的差異，進行分離、濃縮、提取所需顆粒粒徑樣品；離心機的設計原理，利用驅動轉頭旋轉時所產生的離心場力加快樣品粒子的沉降速度，把樣品中不同沉降係數或浮力密度差的物質分離。決定離心力大小的因素除轉速(Revolved per minute,r/min)和離心(轉頭)半徑，與粒子在旋轉運動中所受到的力(重力、浮力、磨擦力)之作用影響有關，離心力方向與重力成垂直，故常用相對離心力(Relative centrifugal force,rcf表示，即相對於重力作用在旋轉粒子上的離心力)，用重力加速度g(980cm/s)作為量值，也稱為”g-Force”，表達式為：rcf=1.118×10^-5×(rpm)²×r(其中r=半徑，rpm=每分鐘轉速)。

碳化鎢離心分類原理，如上所述，碳化鎢顆粒隨其粒徑大小的不同，相對的沉降速度(系數)以及比重(密度)也不同。因此，碳化鎢顆粒離心時，由於離心力的作用，顆粒按不同沉降速率沿桶底沉降。離心一段時間後，沉降的顆粒逐漸分離，最後形成一系列介面清楚的不連續區帶。沉降系數越大，往下沉降越快直至被設備排出。沉降系數較小的顆粒，則在較上部份依次出現並被設備吸附在桶壁上側(需分離出的精細、細小的顆粒)；同時，可根據調整不同的離心速度，使被分類的碳化鎢顆粒受到不同的離心力，進而可以分類得到粒徑大小不同的碳化鎢顆粒。當中，受離心作用的待測物，離心速度與待測顆粒所受到的離心力成正比；沉降系數(沉降速度)與顆粒粒徑成正比；離心速度與受離心顆粒粒徑成反比(離心速度越高，離心分類出的顆粒粒徑越小)。

碳化鎢顆粒在分類中受到高速離心的同時，顆粒之間相互的碰撞力以及所受到的高離心力使原本團聚的顆粒能夠良好有效地分散。

進一步，利用震盪原理，在碳化鎢原料進入到分類腔之前，將碳化鎢溶液中未被徹底分散的顆粒進行震盪分散，使團聚分子之間的空氣間隙被震盪擊破，達到團聚分子分散的效能，進而達到顆粒均質化的目的。

以下，參照附圖詳細說明本發明的實施例，以使本發明所屬技術領域的具有通常知識的技術人員容易實施。但是，本發明能夠以各種不同的形態實現，並不限定於在此所說明的實施例。

為能詳細瞭解本發明的技術特徵及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，茲進一步藉由以下實施例，詳細說明如后：

實施例一

首先，以WC-12wt%Co-0.3wt%Cr₃C₂/0.3wt% VC/0.2%TaNbC為目標組成物，使用無重混合器以65%體積比裝載重鎢酸銨(APT：(NH₄)₁₀W₁₂O₄₂‧5H₂O)、草酸鈷(CoC₂O₄‧2H₂O)、五氧化二釩(V₂O₅)、三氧化二鉻(Cr₂O₃)、五氧化二鉭(Ta₂O₅)、五氧化二鈮(Nb₂O₅)，在針式磨機(Pin mill)速度為1300rpm的混合環境下，將其均勻混合60分鐘，然後在大氣條件下在熔爐中以650℃鍛燒30分鐘，以形成鎢和鈷的複合氧化物。在氫氣環境下經鍛燒的粉末在隧道式的連貫烘爐中以800℃的最終反應溫度被還原4小時，以形成鎢和鈷的複合粉末。之後通過加入碳黑作為碳源進行研磨處理，考慮到產生的去碳化，按照化學劑量的碳黑的量為複合金屬粉末量的1.15倍，在滲碳處理中形成所有被添加的成分被同質混合的粉末。

在氫氣環境下經混合的粉末在隧道式的連貫烘爐中以800℃的最終反應溫度被還原4小時，最終製造出碳化鎢-鈷複合粉末，組成為WC-12wt%Co-0.3wt% Cr₃C₂/0.3wt%VC/0.2%TaNbC。

請參閱第1圖，先進行步驟S1：秤取上述碳化鎢-鈷複合粉末與適量的水混合，提供一含有碳化鎢之原液；進行步驟S2：置入含有碳化鎢之原液到一均質器中，均質器係包括有獨特的一攪拌頭及一分散頭，藉由攪拌頭進行3小時的預定攪拌時間，再經由分散頭進行1小時的預定分散時間，得到一均勻分散後原液，分散時所用的分散頭為剪切式，剪切式分散是對含有碳化鎢之原液中的碳化鎢顆粒與水分子進行高速的剪切粉碎，使得原液中含有團聚狀態的碳化鎢可以被切開並均勻地溶於水中；進行步驟S3：置入分散後原液於一離心器中，離心器之高速離心力使分散後原液中碳化鎢顆粒間相互碰撞，而使前述之團聚的碳化鎢更有效地均質化分散，得到一離心後原液；進行步驟S4：最後，置入離心後原液於一震盪器中，本實施例所使用之震盪器為超音波震盪器，使離心後原液中碳化鎢更有效地均質化分散，而取得具有一預設粒徑範圍之均質化碳化鎢。其中，鎢之含量係介於均質化碳化鎢整體重量之50至90wt%，均質化的碳化鎢粉末之粒徑範圍係為1-10nm。其中，可依需要製備不同粒徑範圍的均質化碳化鎢，再將其依不同粒徑範圍通入到不同的分類腔中。

本發明均質化碳化鎢的製造方法，其可以獲得顆粒大小均一的碳化鎢粉末，以下為利用上述分類製造方法所製造出之均質化碳化鎢應用於製造碳化鎢刀具之詳細敘述。

本發明均質化碳化鎢刀具由粉末冶金方法所製成，其特徵在於刀具包括有均質化碳化鎢，其係由下列步驟所製成：首先，秤取一均質化碳化鎢粉末40g，其中鎢之含量係介於均質化碳化鎢整體重量之50至90wt%，均質化碳化鎢粉末之粒徑範圍係為1-10nm；另外，可於均質化碳化鎢粉末中添加其他金屬粉末，調整該等其他金屬粉末之比例，可以調整所製造出的均質化碳化鎢刀具之硬度、韌度及橫斷裂強度等機械特性，藉以適應目前產業的生產需求，例如：刀具包括均質化碳化鎢，進一步可包含選自於由下列所構成之群組之至少一者：鎢、鈷、碳化鉭、碳化鈦以及其等之組合。

將上述碳化鎢粉末與其他金屬材料壓製成胚體，參數設定如下：環境壓力1000Psi；持壓時間20分鐘；壓製溫度介於25~150℃之間；並將上述胚體置於一載座上再置入一碳化環境中，並於下列各參數值範圍中進行常壓燒結，參數如下：燒結溫度1410~1470℃之間、升溫速率3~5℃/min之間及高溫持溫20~95分鐘；燒結完成後得一具有均質化碳化鎢之刀具。

實施例二

實施例二係為實施例一的變形。秤取與實施例一相同的金屬成分及比例，先進行碳化鎢之均質化過程，製造出含有均質化碳化鎢粉末，之後再與其它的金屬粉末進行混合、鍛燒、還原及研磨等後續程序。

WC-12wt%Co-0.3wt%Cr₃C₂/0.3wt%VC/0.2%TaNbC為目標組成物，使用無重混合器以65%體積比裝載重鎢酸銨(APT：(NH₄)₁₀W₁₂O₄₂‧5H₂O)、草酸鈷(CoC₂O₄‧2H₂O)、五氧化二釩(V₂O₅)、三氧化二鉻(Cr₂O₃)、五氧化二鉭(Ta₂O₅)、五氧化二鈮(Nb₂O₅)，在針式磨機(Pin mill)速度為1300rpm的混合環境下，將其均勻混合60分鐘；其中，所採取的碳化鎢先進行如實施例一所述之均質化碳化鎢的製造方法，製造出含有均質化碳化鎢粉末，其步驟如下：首先，秤取上述碳化鎢與適量的水混合，形成一含有碳化鎢之原液；置入含有碳化鎢之原液到一均質器中，均質器係包括有獨特的一攪拌頭及一分散頭，藉由攪拌頭進行3小時的預定攪拌時間，再經由分散頭進行1小時的預定分散時間，得到一均勻分散後原液，分散時所用的分散頭為剪切式，剪切式分散是對含有碳化鎢之原液中的碳化鎢顆粒與水分子進行高速的剪切粉碎，使得原液中含有團聚狀態的碳化鎢可以被切開並均勻地溶於水中；通入分散後原液於一離心器中，離心器之高速離心力使分散後原液中碳化鎢顆粒間相互碰撞，而使前述之團聚的碳化鎢有效地更均質化分散，得到一離心後原液；置入離心後原液於一震盪器中，使離心後原液中碳化鎢更有效地均質化分散，得到具有一預設粒徑範圍之均質化碳化鎢；其中鎢之含量係介於均質化碳化鎢整體重量50至90wt%；依照相同之顆粒大小分類均質化碳化鎢並通入到不同的分類腔中，取顆粒粉末粒徑約1-10nm的碳化鎢再與其它的金屬粉末混合並通入針式磨機(Pin mill)均勻混合；然後，在大氣條件下將該等混合金屬粉末在熔爐中以650℃鍛燒30分鐘以形成鎢和鈷的複合氧化物，在氫氣環境下經鍛燒的粉末在隧道式的連貫烘爐中以800℃的最終反應溫度被還原4小時，以形成鎢和鈷的複合粉末；之後，通過加入碳黑作為碳源進行研磨處理，考慮到產生的去碳化，按照化學劑量的碳黑的量為複合金屬粉末量的1.15倍，在滲碳處理中形成所有被添加的成分被同質混合的粉末；在氫氣環境下經混合的粉末在隧道式的連貫烘爐中以800℃的最終反應溫度被還原4小時，以最終製造出碳化鎢-鈷複合粉末，組成為WC-12wt%Co-0.3wt% Cr₃C₂/0.3wt%VC/0.2%TaNbC，最後獲得顆粒大小均一的碳化鎢粉末。之後再利用上述均質化碳化鎢製造碳化鎢刀具，其製作方法與實施例一所用方法相同。

實施例一及實施例二所製作出的均質化碳化鎢及具有均質化碳化鎢之刀具，進行碳化鎢硬度測試及均質化碳化鎢刀具使用壽命之機械特性測試，測試方法及結果說明，如下所述：

(1)均質化碳化鎢粉末硬度測試結果：

利用場發射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)觀察製造的粉末的形狀及大小，所產生的均質化碳化鎢顆粒大小約為3nm，藉由本發明碳化鎢的分類製造方法，利用離心分類、均質化分散及震盪等組合方式，所獲得均質化碳化鎢之機械性質如下：

實施例一：均質化碳化鎢之硬度為1825Hv₃₀kg，其橫斷裂強度4280N/mm²。

實施例二：均質化碳化鎢之硬度為1817Hv₃₀kg，其橫斷裂強度4272N/mm²。

本發明所製造出的均質化碳化鎢粉末與目前所使用的碳化污-鈷複合粉末所呈現的機械性質相比較，目前商業碳化鎢-鈷複合粉末之硬度大約為1700~1800Hv₃₀kg，其橫斷裂強度約為3800~4000N/mm²。測試結果顯示，本發明所製造出的均質化碳化鎢粉末之硬度及橫斷裂強度均優於目前技術所合成出的碳化鎢-鈷複合粉末。

實施例三

請參閱第2圖，秤取與實施例1相同的金屬成分及比例，進行步驟S11-S21-S41-S31，其差異僅是將實施例1中步驟S4置換到步驟S3之前，意即，該等步驟順序改寫為步驟S11-S21-S41-S31。

秤取上述碳化鎢-鈷複合粉末與適量的水混合，提供一含有碳化鎢之原液(步驟S11)；置入含有碳化鎢之原液到一均質器中，均質器係包括有獨特的一攪拌頭及一分散頭，藉由攪拌頭進行3小時的預定攪拌時間，經由分散頭進行1小時的預定分散時間得到一均勻分散後原液，分散時所用的分散頭為剪切式，剪切式分散是對含有碳化鎢之原液中的碳化鎢顆粒與水分子進行高速的剪切粉碎，使得原液中含有團聚狀態的碳化鎢可以被切開並均勻地溶於水中(步驟S21)；置入分散後原液於一震盪器中，使分散後原液中碳化鎢更有效地均質化分散(步驟S41)；置入已完成步驟S41之分散後原液於一離心器中，離心器之高速離心力使分散後原液中碳化鎢顆粒間相互碰撞，而使前述之團聚的碳化鎢更有效地均質化分散，得到一均質化碳化鎢(步驟S31)；以及最後，依照顆粒粒徑分類均質化碳化鎢(完成步驟S11-S21-S41-S31)並通入到不同的分類腔中。

實施例四

請參閱第3圖，進行本發明均質化碳化鎢之製造方法，秤取與實施例1相同的金屬成分及比例，其差異僅是在實施例1中步驟S2之前，進一步包含有另一離心步驟S3，該等步驟順序改寫為步驟S111-S311'-S211-S311。

秤取上述碳化鎢-鈷複合粉末與適量的水混合，提供一含有碳化鎢之原液(步驟S111)；置入含有碳化鎢之原液於一離心器中，離心器之高速離心力使分散後原液中碳化鎢顆粒間相互碰撞，而使前述之團聚的碳化鎢更有效地均質化分散，得到一離心後原液(步驟S311')；置入離心後原液到一均質器中，均質器係包括有獨特的一攪拌頭及一分散頭，藉由攪拌頭進行3小時的預定攪拌時間，經由分散頭進行1小時的預定分散時間，得到一均勻分散後原液，分散時所用的分散頭為剪切式，剪切式分散是對含有碳化鎢之原液中的碳化鎢顆粒與水分子進行高速的剪切粉碎，使得原液中含有團聚狀態的碳化鎢可以被切開並均勻地溶於水中(步驟S211)；置入已完成步驟S211之分散後原液於離心器中，離心器之高速離心力使分散後原液中碳化鎢顆粒間相互碰撞，而使前述之團聚的碳化鎢更有效地均質化分散，得到一最終離心後原液(步驟S311)，而取得一均質化碳化鎢；最後，依照顆粒粒徑大小分類均質化碳化鎢(完成步驟S111-S311'-S211-S311)並通入到不同的分類腔中。

前述之本發明之均質化碳化鎢的分類製造方法之步驟中，以實施例一為基準所述的步驟S1至步驟S4中任一步驟可相組合及/或變化並據以實施，如圖1至圖3所示及其前述說明，本發明中所述之均質化碳化鎢的製造方法之步驟，可相組合均質化分散、離心分類及超音波震盪等步驟，於本發明所屬技術領域中具有通常知識的技術人員可進行簡單置換、變更或組合而以各種型態實施，並不限定於在此所說明的實施例。

本發明均質化分散、離心分類及超音波震盪等組合方式將原本非均質化的碳化鎢顆粒，藉由特殊的均質器將其碳化鎢均質化。在離心分類過程中利用高速離心作用力依照顆粒大小離心分類，令其非均質化碳化鎢顆粒之間相互的碰撞力以及所受到的高離心力使原本團聚的顆粒能夠有效地分散，並結合超音波震盪在碳化鎢原料進入到分類腔之前，將溶液中未被徹底分散的碳化鎢顆粒進行超音波震盪分散，使團聚分子之間的空氣間隙被超高頻率的電磁流震盪擊破，達到團聚分子分散的效能，進而達到顆粒均質化的目的。

(2)具有均質化碳化鎢之刀具的使用壽命測試：

藉由使用均質化碳化鎢之刀具對一工件進行切削耐磨測試，所取用之切削工件採用直徑65mm，長230mm的中碳鋼(S45C)，材料之化學成分為0.48C、0.22Si、0.69Mn、0.21P及0.14S；抗拉強渡58kgf/mm²；伸長率20%；勃式硬度167~229BHN。其中以台中精機CNC TNS-1A車床進行刀具壽命測試；其切削速率採90m/min、給進率為0.3mm/rev、切削深度為0.5min之乾切削。

利用本發明具有均質化碳化鎢之刀具進行研磨切削的使用壽命結果如下：設定切削速度為90m/min時，利用實施例一所製造出的刀具，其使用壽命為1897mins，利用實施例二所製造出的刀具，其使用壽命為1886mins，目前商用刀具之刀具壽命範圍約70~90mins。實驗結果呈現，具有均質化碳化鎢之刀具的使用壽命明顯優於商用刀具，原因是利用上述碳化鎢分類方法所製得的均質化碳化鎢用於製作刀具，均質化碳化鎢顆粒分布於刀具的內部及表面不同位置上，因為刀具內部含有均質化碳化鎢使其表面呈現相同的高硬度區域，所製成的均質化碳化鎢刀具在使用過程中因其刀具整體硬度均勻，於長期切削研磨使用下，刀具表面耗損凹陷的程度明顯比商用刀具的凹陷程度低很多，而延長了刀具之使用壽命。

利用本發明均質化碳化鎢之分類製造方法及應用在製作碳化鎢刀具，利用均質化分散、離心分類及超音波震盪等組合方式獲得均質化碳化鎢，並可製得較高硬度及較長使用壽命之碳化鎢刀具，未來應可廣泛地利用於製造工藝中。

上述等實施例係用以說明本發明之技術特徵，並非用以限制本發明之範圍於該等實施例，依照請求項所述之方法可對其進行等效修改、組合或變更，均應包含於後附之申請範圍中，熟知本發明之技藝者，可以做些許的改良與修飾，但不脫離本發明的範疇。

S1-S4‧‧‧流程步驟

Claims

一種刀具，其中該刀具包含一均質化碳化鎢及選自於由下列所構成之群組之至少一者：鎢、鈷、碳化鉭、碳化鈦以及其等之組合；其中該均質化碳化鎢之粒徑範圍係為1~10nm。
如申請專利範圍第1項所述之刀具，其中鎢之含量係佔該均質化碳化鎢整體重量之50至90wt%。
一種刀具之製造方法，其包括有下列步驟：(1)秤取一均質化碳化鎢粉末與其他金屬材料於一第一預設參數條件下壓製成胚體，該第一預設參數條件如下：環境壓力1000Psi，持壓時間20分鐘及壓製溫度介於25~150℃之間；其中該其他金屬粉末選自於由下列所構成之群組之至少一者：鎢、鈷、碳化鉭、碳化鈦以及其等之組合；(2)將上述胚體置於一載座上再置入一碳化環境中，並於一第二預設參數條件下進行常壓燒結，該第二預設參數條件如下：燒結溫度介於1410~1470℃之間、升溫速率3~5℃/min及高溫持溫時間20~95分鐘；以及(3)燒結完成後得一具有均質化碳化鎢之刀具；其中該均質化碳化鎢粉末之粒徑範圍係為1~10nm。
如申請專利範圍第3項所述之製造方法，其中該具有均質化碳化鎢之刀具的硬度係為1810~1850Hv₃₀kg。
如申請專利範圍第3項所述之製造方法，其中該具有均質化碳化鎢之刀具的使用壽命係為1880~1900分鐘。
如申請專利範圍第3項所述之製造方法，其中該具有均質化碳化鎢之刀具的橫斷裂強度係為4270~4300N/mm²。
一種均質化碳化鎢的製造方法，用於如申請專利範圍第1項所述之刀具，其係包括有下列步驟：(1)提供一含有碳化鎢之原液；(2)置入該含有碳化鎢之原液於一均質器中，該均質器係包括一攪拌頭及一震盪分散頭，將該含有碳化鎢之原液藉由該攪拌頭進行一預定攪拌時間，再藉由該震盪分散頭進行一預定分散時間後，得到一分散後原液；以及(3)置入該分散後原液於一離心器中，該離心器之高速離心力使該分散後原液中碳化鎢顆粒間相互碰撞，產生一離心後原液，而取得具有一預設顆粒徑範圍之均質化碳化鎢；其中該均質化碳化鎢之預設顆粒徑範圍係為1~10nm。
如申請專利範圍第7項所述之均質化碳化鎢的製造方法，其中在步驟(3)之後進一步包含有一震盪步驟，其係為置入該離心後原液於一震盪器中進行震盪，使該離心後原液中碳化鎢更均質化分散，得到該均質化碳化鎢。
如申請專利範圍第7項所述之均質化碳化鎢的製造方法，其中在步驟(3)之前進一步包含有一震盪步驟，其係為置入該分散後原液於一震盪器中進行震盪，使該分散後原液中碳化鎢更均質化分散。
如申請專利範圍第7項所述之均質化碳化鎢的製造方法，其中在步驟(2)之前進一步包含有另一離心步驟，其係為將該含有碳化鎢之原液置入該離心器中，該離心器之高速離心力使該含有碳化鎢之原液中碳化鎢顆粒間相互碰撞，產生另一離心後原液，後續將該另一離心後原液置入步驟(2)之均質器中進行步驟(2)及步驟(3)。
如申請專利範圍第8或9項所述之均質化碳化鎢的製造方法，其中該震盪器包括超音波震盪器。
如申請專利範圍第7至10項中任一項所述之均質化碳化鎢的製造方法，其中該預定攪拌時間範圍為2~4小時。
如申請專利範圍第7至10項中任一項所述之均質化碳化鎢的製造方法，其中該預定分散時間為1小時。
如申請專利範圍第7項所述之均質化碳化鎢的製造方法，其中該含有碳化鎢之原液更包含有選自於由下列所構成之群組之至少一者：鎢、鈷、碳化鉭、碳化鈦以及其等之組合。