TWI787241B - 包含金屬陶瓷部件之物體及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於包含金屬陶瓷部件的物體，該金屬陶瓷部件包含基於碳化鈮之硬相及基於鎳之金屬黏合劑，關於用於製造該物體的方法以及該物體用於減少經熔融之焊接的接觸角的用途。

Description

包含金屬陶瓷部件之物體及其製造方法
本發明係關於包含金屬陶瓷部件的物體，該金屬陶瓷部件包含基於碳化鈮之硬相及基於鎳之金屬黏合劑，關於用於製造該物體的方法以及該物體用於減少經熔融之硬銲(braze)的接觸角的用途。
基於碳化鎢(tungsten carbide；WC)之燒結碳化物(cemented carbide)廣泛地用於許多要求高硬度、橫向破裂強度及高斷裂韌性的應用中。然而，碳化鎢的供應正在下降，因此其成本增加，因此正在考慮尋找合適的替代品來替代硬金屬。基於碳化鈮(niobium carbide；NbC)的金屬陶瓷在一些應用中具有成為此種替代硬材料的潛力，並且亦供應充足，因此能更便宜購入。
此外，基於NbC之硬材料可用於取代在接近不銹鋼性質限制但基於WC之燒結碳化物太貴的應用中之不銹鋼工具。
硬銲通常用於製造燒結碳化物及金屬陶瓷工具，以將燒結碳化物或金屬陶瓷截割嘴(cutting tip)接合至鋼柄或另一塊具有不同幾何形狀及/或組成的燒結碳化物或金屬陶瓷。然而，對於含有基於碳化鈮之硬相及基於鎳之金屬黏合劑的金屬陶瓷部件，使用通常用於包含碳化鎢之燒結碳化物的硬銲方法係有問題的，因為經熔融之硬銲合金之接觸角會大於90°意指金屬陶瓷部件的可硬銲性(brazeability)差，因此不會形成堅固的接合。
本發明的目的為提供一種會減少或甚至消除上述問題的解決方法。
因此，本發明因此提供一種物體，其包含：金屬陶瓷部件，其含有基於碳化鈮之硬相及基於鎳之金屬黏合劑；硬銲合金；及至少一個其他部件，該金屬陶瓷部件係被硬銲至其上；其特徵在於，該金屬陶瓷部件含有至少0.5原子%(at%)鉬。
此外，本發明亦關於一種將金屬陶瓷部件硬銲至至少一個其他部件的方法，該金屬陶瓷部件含有基於碳化鈮之硬相及基於鎳之金屬黏合劑，該方法包含以下步驟：a.提供硬相粉末，該硬相粉末包含以硬相粉末之總量計大於50重量%(wt%)碳化鈮，諸如大於60wt%碳化鈮，諸如大於70wt%碳化鈮，諸如大於80wt%碳化鈮，諸如大於90wt%碳化鈮；b.提供金屬黏合劑粉末，該金屬黏合劑粉末包含以金屬黏合劑粉末之總量計大於50wt%鎳，諸如大於60wt%鎳，諸如大於70wt%鎳，諸如大於80wt%鎳，諸如大於90wt%鎳；c.將硬相粉末及金屬黏合劑粉末與有機黏合劑混合以獲得粉末混合物；d.研磨所獲得的粉末混合物；e.擠壓經研磨之粉末混合物；f.燒結經擠壓之粉末混合物以獲得經燒結之金屬陶瓷部件；g.提供硬銲合金；及h.藉由使用該硬銲合金將所獲得的經燒結之金屬陶瓷部件硬銲至至少一 個其他部件；其特徵在於在步驟c.中：添加碳化鉬(molybdenum carbide；MoC)粉末或添加鉬粉末及碳粉末。
因此，本發明將提供一種方法，其能夠將含有基於碳化鈮之硬相及基於鎳之金屬黏合劑的金屬陶瓷部件硬銲至至少一個其他部件。
此外，本發明亦關於一種金屬陶瓷部件之用途，該金屬陶瓷含有基於碳化鈮之硬相及基於鎳之金屬黏合劑及鉬，用於當藉由使用硬銲金屬陶瓷部件的方法將金屬陶瓷部件硬銲至至少一個其他部件時減少經熔融之硬銲的接觸角。
2:冷卻之後表面上的經熔融之硬銲的光學圖像
4:第一條線
6:陶瓷
8:第二條線
10:表面
12:經熔融之硬銲
14:接觸角
θ:接觸角
圖1：揭示在金屬陶瓷表面上之經熔融之硬銲合金之經註記之光學圖像，其顯示如何測量接觸角；圖2：揭示樣品A之光學圖像，其顯示硬銲之接觸角；圖3：揭示樣品B之光學圖像，其顯示硬銲之接觸角；圖4：揭示樣品C之光學圖像，其顯示硬銲之接觸角；圖5：揭示樣品D之光學圖像，其顯示硬銲之接觸角；圖6：揭示樣品E之光學圖像，其顯示硬銲之接觸角；圖7：揭示樣品F之光學圖像，其顯示硬銲之接觸角；圖8：揭示樣品G之光學圖像，其顯示硬銲之接觸角；
根據本發明一個態樣，提供一種物體，其包含：金屬陶瓷部件，其含有基於碳化鈮之硬相及基於鎳之金屬黏合劑；硬銲合金；及至少一個其他部件，該金屬陶瓷部件係被硬銲至其上；其特徵在於，該金屬陶瓷部件含有至少0.5原子%鉬。
藉由採用所添加的粉末的重量百分比(wt%)計算金屬陶瓷部件的原子百分比，然後使用在金屬陶瓷部件製造期間所添加的粉末組分的各自分子或原子量來計算每個元素的相對原子百分比(at%)。原子百分比亦已知為原子莫耳%分率。對於任何碳化物的添加，已將此等量分解成其各自的金屬及碳的wt%分率，以便計算各個元素的原子百分比。
術語wt%係指與總粉末組成相比每種粉末的wt%。只有添加至少0.5at% Mo才能看到添加鉬(Mo)對金屬陶瓷部件之可硬銲性的正面效果。
本發明人驚訝地發現，自實例中可看出，添加鉬會極大地增加金屬陶瓷部件的可硬銲性。不受任何一種理論的束縛，據信所添加的鉬會形成金屬黏合劑相中之一部分，並且該添加會使金屬黏合劑更易溶於經熔融之硬銲合金中，因此會形成更好及更堅固的硬銲接合。
金屬陶瓷係定義為包含硬相及金屬黏合劑相的材料。在本發明中，術語「基於碳化鈮之硬相」係指硬相含有以硬相之總量計大於50wt%碳化鈮粒子，諸如大於60wt%碳化鈮，諸如大於70wt%碳化鈮，諸如大於80wt%碳化鈮，諸如大於90wt%碳化鈮。其餘的硬相會由WC、TaC、TiC、ZrC、Mo2C或HfC或其混合物所組成。此外，在本發明中，術語「基於鎳之金屬黏合劑相」係指黏合劑包含以金屬黏合劑相之總量計大於50wt%鎳，諸如大於60wt%鎳，諸如大於70wt%鎳，諸如大於80wt%鎳，諸如大於90wt%鎳。黏合劑亦可包含Co及Fe。亦應理解，基於鎳之金屬黏合劑可用基於鐵之金屬黏合劑代替，並且可例如添加少量的其他碳化物(諸如WC、TiC、TaC、HfC或VC，諸如高達約4 wt%)以輔助顆粒細化，改良韌性及/或改良熱硬度。
如本領域所熟知，硬銲為一種將包含硬金屬或金屬的部件接合或熔合在一起的過程。在此過程期間，將熱施加至填充金屬上(例如硬銲合金)，其會在部件被接合至一起的熔點以下熔融。
在本發明一個具體實例中，如實例所示，金屬陶瓷部件具有至少1.0 at%之鉬含量，若鉬之添加量為至少1.0 at%，則看到其對金屬陶瓷部件之可硬銲性的更多正面效果。
在本發明一個具體實例中，金屬陶瓷部件的鉬含量不大於10.6 at%，因為藉由將鉬添加量保持在不大於10.6 at%可進一步最佳化物體的性質。當添加更高量的鉬時，存在碳化鉬沉澱的風險。在金屬陶瓷中存在第二硬相，諸如碳化鉬，可能對磨損、橫向破裂強度或顆粒生長控制的問題具有不利效果。
在一個具體實例中，硬銲合金為基於銀之硬銲合金。在本發明中，術語「基於銀之硬銲合金」係指硬銲合金含有以硬銲合金之總量計大於50 at%銀。硬銲合金可包含64 at% Ag、26 at% Cu、2 at% Ni、2 at% Mn及6 at% In。
根據一個具體實例，至少一個其他部件為二或多個部件。根據又另一具體實例，二個部件中之至少一者為金屬陶瓷。根據如上文或下文中所定義的物體的一個具體實例，至少一個其他部件係選自金屬陶瓷，其可具有與金屬陶瓷相同的組成或不同的組成。至少一個其他部件可選自燒結碳化物或包含鋼合金的部件。
該物體可用於製造諸如鑽頭、插入件或鈮尖端(saw tip)等產物。例如，在鑽頭的情況下，鑽頭的工作尖端為硬銲至鋼柄(至少一個其他部 件)的物體的金屬陶瓷部件。
本發明另一態樣係關於一種將金屬陶瓷部件硬銲至至少一個其他部件的方法，該金屬陶瓷部件含有基於碳化鈮之硬相及基於鎳之金屬黏合劑，該方法包含以下步驟：a. 提供硬相粉末，該硬相粉末包含以硬相粉末之總量計大於50重量%(wt%)碳化鈮；b. 提供金屬黏合劑粉末，該金屬黏合劑粉末包含以金屬黏合劑粉末之總量計大於50 wt%鎳；c. 將硬相粉末及金屬黏合劑粉末與有機黏合劑混合以獲得粉末混合物；d. 研磨所獲得的粉末混合物；e. 擠壓經研磨之粉末混合物；f. 燒結經擠壓之粉末混合物以獲得經燒結之金屬陶瓷部件；g. 提供硬銲合金；及h. 藉由使用該硬銲合金將所獲得的經燒結之金屬陶瓷部件硬銲至至少一個其他部件；其特徵在於在步驟c.中：添加碳化鉬粉末或添加鉬粉末及碳粉末。
典型地使用球磨機將硬相粉末及金屬黏合劑粉末與有機黏合劑一起研磨。添加有機黏合劑以幫助擠壓，該有機黏合劑典型地為聚(乙二醇)(poly(ethylene glycol)；PEG)，諸如PEG 34。典型地，然後藉由使用擠壓方法，例如使用TOX壓機，將粉末成形為形狀。然後在擠壓之後，例如使用燒結HIP爐燒結粉末混合物。然而，可採用其他研磨、成形及燒結方法，且其它擠壓助劑可用於本文所述之本發明的方法。如本文所述，添加鉬係以碳化鉬粉末 形式添加或作為步驟c.中單獨的鉬粉末及單獨的碳粉末以等量之原子量添加。
根據如上文或下文中所定義的方法的一個具體實例，所添加的碳化鉬的重量百分比(wt%)或鉬及碳的總重量百分比小於總粉末混合物的鎳的重量百分比。術語wt%係指與總粉末組成相比，每種粉末的wt%，即包括碳化鉬添加量或鉬及碳的添加量。發現若所添加的碳化鉬之重量百分比或鉬及碳之總重量百分比超過所添加的鎳之量，則存在未溶解的碳化鉬的沉澱。
根據如上文或下文中所定義的方法的一個具體實例，所添加的鎳、碳化鉬及碳的總重量百分比為總粉末混合物的6至35 wt%，諸如8至30 wt%。若鎳及碳化鉬的總重量百分比為至少6 wt%，諸如至少8 wt%以形成完全緻密的金屬陶瓷，則金屬陶瓷部件的性質被最佳化。若鎳、碳化鉬及碳的總重量百分比不超過35 wt%，諸如不超過30 wt%，則金屬陶瓷的性質亦被最佳化，因為若金屬陶瓷部件中的金屬黏合劑含量高於此範圍，材料的鄰近性(contiguity)會降低，此會對材料的性質具有不利效果，諸如硬度及韌性降低。
根據如上文或下文所定義的方法的一個具體實例，硬銲合金為基於銀。
根據如上文或下文中所定義的方法的一個具體實例，至少一個其他部件係選自金屬陶瓷、燒結碳化物或包含鋼的部件。
在燒結過程期間，碳化鉬溶解於金屬黏合劑中並且將以鉬而非碳化鉬的形式存在。若單獨添加鉬粉末及碳粉末，則二種粉末皆會溶解於黏合劑中。顯示在燒結樣品中，形成基於鎳-鉬合金之金屬黏合劑且僅有一種硬相，其為變化碳化學計量之NbC。
本發明亦關於一種金屬陶瓷部件之用途，該金屬陶瓷部件包含基於碳化鈮之硬相及基於鎳之金屬黏合劑及鉬，用於當藉由使用硬銲合金將金 屬陶瓷部件硬銲至至少一個其他部件時減少經熔融之硬銲合金的接觸角。如所理解，經熔融之硬銲合金為液態的硬銲合金。此藉由將硬銲合金加熱至略高於其熔點溫度來實現。加熱可在合適的保護氛圍中進行。經熔融之硬銲合金會流過待接合的部件，此已知為潤濕，然後將經熔融之硬銲合金及部件冷卻以將部件接合在一起。
接觸角θ為經熔融之硬銲合金與其所放置的表面所接觸的角度。如圖1所示，藉由採用冷卻之後表面上的經熔融之硬銲(2)的光學圖像來測量。沿著金屬陶瓷(6)上的表面繪製第一條線(4)，並且自與經熔融之硬銲(12)的表面(10)的接觸點延伸繪製第二條線(8)。然後測量此二條線之間的角度，此為接觸角(14)。較低的接觸角意指較好地潤濕經熔融之硬銲合金，因此在待接合的部件之間實現更好的接合。為了改良可硬銲性，必須能夠將接觸角減少至最可能低的角度。
根據一個具體實例，將接觸角減少至小於90°，諸如小於或等於45°，諸如小於或等於30°。若接觸角小於90°，則認為已實現良好的潤濕，若角度大於90°，則不會發生潤濕並且二個部件不會接合在一起。根據一個具體實例，將接觸角減少至小於45°，諸如小於30°。接觸角越窄，表面面積附著力越大，因此獲得的越堅固的硬銲接頭。
根據一個具體實例，經熔融之硬銲合金為基於銀。
根據一個具體實例，所使用的至少一個其他部件係選自金屬陶瓷、燒結碳化物或包含鋼的部件。
以下實施例為說明性非限制性之實例。
實施例
基於碳化鈮之金屬陶瓷藉由預研磨碳化鈮20小時所製備。如同稱量鎳粉末及碳化鉬粉末，稱量經預研磨之碳化鈮粉末。然後將此等組分與 1200g研磨介質(cylpebs)以進料：介質質量比為1：21在乙醇中用PEG34研磨8小時。然後將所獲得的粉末乾燥、過篩並且使用TOX壓機擠壓成尺寸約5.5×6.5×20mm之片。然後在1410℃至1450℃之間的溫度下將該等片真空燒結1小時。然後將經燒結之片在鑽石圓盤上粗磨，然後在更細的鑽石漿料上使用1μm鑽石粗粒以及膠態氧化矽末級拋光劑將其拋光至的最終拋光。
將重量為約0.02g，由64 at% Ag、26 at% Cu、2 at% Ni、2 at% Mn、6 at% In所組成之165μm厚的Johnson Matthey Metal Argobraze 64箔之可硬銲性試驗片放在經燒結之樣品的最大面上。然後用Johnson Matthey Easy-Flo焊劑覆蓋硬銲合金以防止氧化。為了測試可硬銲性，將樣品放置在銅線圈的中心，銅線圈由2.5匝直徑為5mm的銅管所製成，其內徑為36mm，並且附接至15kW的Ambrel Ekoheat ES感應加熱器上。對於每個測試，將功率設定為100伏，並且當開啟時，硬銲熔融所需的時間為約30秒。在人眼明顯看到硬銲熔融之後，將功率繼續保持3秒鐘，然後關閉。一旦樣品完全冷卻之後，使用熱水去除焊劑，然後拍攝經熔融之硬銲的拋光截面的光學圖像，以便可測量接觸角(θ)。
表1顯示在粉末混合階段所稱量之組成，原子分析及經測量之接觸角之彙總。
Figure 107107272-A0202-12-0010-2
取得經熔融之硬銲合金的光學顯微鏡圖像，並且分別測量樣品A-G如圖2-8中所示的接觸角。如上表所示，若在基於碳化鈮之金屬陶瓷中不添加碳化鉬，則接觸角>90°，因此不被潤濕。然而，即使將少量的碳化鉬添加至組成物中，接觸角亦顯著下降至90°以下並且實現良好的潤濕性。所實現的最低接觸角為當4.2 at% Mo摻入燒結樣品中時。
亦應注意，當使用基於銀之硬銲合金將具有鈷或鎳金屬黏合劑的基於WC之燒結碳化物硬銲時，即使沒有任何進一步添加所需的Mo或其他成分至組成物中，經熔融之硬銲合金的接觸角小於或等於90°。此意指著無需對燒結碳化物組成物進行任何進一步的改質就能實現良好的潤濕性及可硬銲性。
若所添加的碳化鉬之量(wt%)超過所添加的鎳之量，則觀察到硬相中碳化鉬的沉澱。
其它碳化物，諸如WC、TiC、VC、Cr3C2或ZrC，添加至具有基於碳化鈮之硬相及基於鎳之金屬黏合劑的金屬陶瓷部件中並無實現相同效果。減少與經熔融之硬銲合金的接觸角的正面效果對Mo2C來說為獨特的。
10‧‧‧表面

Claims (12)

  1. 一種被硬銲物體，其包含：金屬陶瓷部件，其含有基於碳化鈮之硬相及基於鎳之金屬黏合劑；硬銲合金；及至少一個其他部件，該金屬陶瓷部件係被硬銲至其上；其特徵在於該金屬陶瓷部件含有2.3原子百分比至22.3原子百分比的鉬。
  2. 如請求項1所述之被硬銲物體，其中該硬銲合金為基於銀。
  3. 如請求項1或2所述之被硬銲物體，其中該至少一個其他部件係選自金屬陶瓷、燒結碳化物(cemented carbide)或鋼部件。
  4. 一種將金屬陶瓷部件硬銲至至少一個其他部件的方法，該金屬陶瓷部件含有基於碳化鈮之硬相及基於鎳之金屬黏合劑，該方法包含以下步驟：a.提供硬相粉末，該硬相粉末包含以硬相粉末之總量計大於50重量百分比的碳化鈮；b.提供金屬黏合劑粉末，該金屬黏合劑粉末包含以金屬黏合劑粉末之總量計大於50重量百分比的鎳；c.將該硬相粉末及該金屬黏合劑粉末與有機黏合劑混合以獲得粉末混合物；d.研磨所獲得的粉末混合物；e.擠壓該經研磨之粉末混合物；f.燒結該經擠壓之粉末混合物以獲得經燒結之金屬陶瓷部件；g.提供硬銲合金；及h.藉由使用該硬銲合金將所獲得的經燒結之金屬陶瓷部件硬銲至至少一個其他部件； 其特徵在於在步驟c中：添加含有4.1重量百分比至39.6重量百分比的碳化鉬粉末或添加含有2.3原子百分比至22.3原子百分比的鉬粉末及含有39.1原子百分比至43.8原子百分比的碳粉末。
  5. 如請求項4所述之方法，其中所添加之該碳化鉬的重量百分比或該鉬及該碳之總重量百分比小於總粉末混合物之鎳之重量百分比。
  6. 如請求項4或5所述之方法，其中該硬銲合金為基於銀。
  7. 如請求項4或5所述之方法，其中該至少一個其他部件係選自金屬陶瓷、燒結碳化物或鋼部件。
  8. 如請求項6所述之方法，其中該至少一個其他部件係選自金屬陶瓷、燒結碳化物或鋼部件。
  9. 一種金屬陶瓷部件，該金屬陶瓷部件包含基於碳化鈮之硬相及基於鎳之金屬黏合劑及使用從2.3原子百分比至22.3原子百分比的鉬，其中當藉由使用硬銲合金將該金屬陶瓷部件硬銲至至少一個其他部件時減少經熔融之硬銲合金的接觸角至5°至43°。
  10. 如請求項9所述之金屬陶瓷部件，其中該硬銲合金為基於銀。
  11. 如請求項9所述之金屬陶瓷部件，其中該硬銲合金為基於銀。
  12. 如請求項9所述之金屬陶瓷部件，其中經該金屬陶瓷部件硬銲至其上的該至少一個其他部件係選自金屬陶瓷、燒結碳化物或鋼部件。
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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
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
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
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
CN1827817A (zh) * 2006-04-14 2006-09-06 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
US20070077876A1 (en) * 2005-10-04 2007-04-05 Rogers Lamont A Ceramic tipped tool
TW201026858A (en) * 2008-10-20 2010-07-16 Starck H C Gmbh Metal powder

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
US7377340B2 (en) * 2004-10-29 2008-05-27 Smith International, Inc. Drill bit cutting elements with selectively positioned wear resistant surface
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
US7703555B2 (en) * 2005-09-09 2010-04-27 Baker Hughes Incorporated Drilling tools having hardfacing with nickel-based matrix materials and hard particles
US20100230177A1 (en) * 2009-03-10 2010-09-16 Baker Hughes Incorporated Earth-boring tools with thermally conductive regions and related methods
EP2512680B1 (en) * 2009-12-18 2019-01-02 Metso Sweden AB Bimaterial elongated insert member for a grinding roll
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
WO2015122869A1 (en) * 2014-02-11 2015-08-20 Halliburton Energy Services, Inc. Precipitation hardened matrix drill bit
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
US20070077876A1 (en) * 2005-10-04 2007-04-05 Rogers Lamont A Ceramic tipped tool
CN1827817A (zh) * 2006-04-14 2006-09-06 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
TW201026858A (en) * 2008-10-20 2010-07-16 Starck H C Gmbh Metal powder

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