處理硬質(zhì)金屬的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種分揀硬質(zhì)金屬的方法，其特征在于，包括以下步驟：(a)對包括硬質(zhì)金屬的一個或多個物體進行熱處理，該熱處理在包括至少一種反應氣體成分的氣氛中在500℃或更高的溫度下進行，該反應氣體成分易于與元素形成反應產(chǎn)物，該元素可以存在或可以不存在于所述一個或多個物體中，并且(b)基于經(jīng)熱處理的所述一個或多個物體的表面部分中所述反應產(chǎn)物的存在或不存在，對所述一個或多個物體進行分揀操作。
【專利說明】處理硬質(zhì)金屬的方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種分揀硬質(zhì)金屬的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]硬質(zhì)金屬應用范圍廣泛，包括切削工具、采礦工具和耐磨部件。
[0003]硬質(zhì)金屬制品，例如硬質(zhì)合金和金屬陶瓷，含有相對昂貴的元素，并且出于環(huán)境和成本的原因，對于回收消耗的和未使用的硬質(zhì)金屬產(chǎn)品來重新利用廢料具有強烈的需求。目前用來回收硬質(zhì)金屬制品有多種工藝，包括例如，鋅熔法(zinc process)和冷流法(coldstream process)。 [0004]然而，硬質(zhì)金屬中經(jīng)常含有一些元素，這些元素使得回收后的材料不適合于作為原材料基體用于制造某些牌號的硬質(zhì)金屬。這些元素可以是例如鈦、鉭和鉻。這些元素在不同的硬質(zhì)合金牌號中一般用作性能改善添加劑。然而，對于其它牌號而言，這些元素是不需要的，甚至對性能是有害的。目前存在提純原材料的方法，其大多數(shù)基于化學性質(zhì)，但是這些方法耗費時間并成本昂貴，而且經(jīng)常包括不利于環(huán)境的工藝步驟或化學品。
[0005]EP233162公開了一種方法，用于分離硬質(zhì)合金物體，其利用驅(qū)動力對于相互接觸或彼此靠近的硬質(zhì)金屬物體之間的粘結(jié)劑金屬熔體進行再分配，該硬質(zhì)金屬物體具有不同的平均粒度，粒度分布，相對比例和硬質(zhì)構(gòu)成相成分。然而，仍然需要針對硬質(zhì)金屬中不同元素的存在或不存在，對硬質(zhì)金屬物體進行分揀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一個目的是減少或消除上述問題。根據(jù)本發(fā)明，通過權(quán)利要求1所述的分揀硬質(zhì)金屬的方法實現(xiàn)該目的。
[0007]依據(jù)本發(fā)明的一種分揀硬質(zhì)金屬的方法，包括以下步驟:
[0008](a)對包括硬質(zhì)金屬的一個或多個物體進行熱處理，該熱處理在500°C或更高的溫度下進行，且熱處理氣氛包括至少一種反應氣體成分，該反應氣體成分易于與元素形成反應產(chǎn)物，該元素可以存在于或可以不存在于所述一個或多個物體中，并且
[0009](b)基于經(jīng)熱處理的所述一個或多個物體的表面部分中所述反應產(chǎn)物的存在或不存在，對所述一個或多個物體進行分揀操作。
【具體實施方式】
[0010]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以通過將燒結(jié)硬質(zhì)金屬物體置于高溫下的適當氣體氣氛中而檢測該燒結(jié)硬質(zhì)金屬物體中特定元素的存在。在適當條件下，物體中存在的元素形成反應產(chǎn)物，其中該反應產(chǎn)物包括被包括在硬質(zhì)金屬中的特定元素和來自氣體氣氛中的元素。反應產(chǎn)物還可進一步包括來自硬質(zhì)金屬和/或氣體氣氛的其它元素。所形成的反應產(chǎn)物形成于硬質(zhì)金屬的表面部分，其影響硬質(zhì)金屬，以至于可基于硬質(zhì)金屬的受影響的部分的特性來進行隨后的分揀操作。在高溫下的熱處理期間，在相似區(qū)域內(nèi)沒有形成反應產(chǎn)物可以用來確定在硬質(zhì)金屬中不存在某種特定元素，并因此允許對這一個或多個物體進行隨后的分揀操作。
[0011]在本申請的上下文中，表面部分并不僅僅包括最外側(cè)的可見表面，而是還可以擴展到距表面50 或更深的地方。受影響的部分的厚度可以從小于I Pm到幾十ym。受影響的部分的合適厚度至少為0.5 ii m,但小于50 V- m。此外,受影響的部分并不必需包括最外側(cè)表面，而是可以完全地在最外側(cè)表面下方，即表面部分的不可見部分。為了檢測和定性所形成的反應產(chǎn)物，表面部分優(yōu)選地延伸到距表面不大于IOOym的深度，且因此受影響的部分適宜地至少部分地位于該部分內(nèi)。
[0012]本發(fā)明因此涉及一種分揀硬質(zhì)金屬的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0013](a)對包括燒結(jié)硬質(zhì)金屬的一個或多個物體進行熱處理，該熱處理在包括至少一種反應氣體成分的氣氛下、在500°C或更高的溫度下進行，該反應氣體成分易于與元素形成反應產(chǎn)物，該元素可以存在于或可以不存在于所述一個或多個物體中，并且隨后
[0014](b)基于所述一個或多個物體的表面部分的特性或外觀執(zhí)行分揀操作。
[0015]在一個實施方式中，所述至少一種反應氣體成分包括氧。氧的添加形式可以例如為02，H20，C0和/或C02。包括氧的反應氣體成分可適宜地用于檢測硬質(zhì)金屬中的例如Cr，因此反應產(chǎn)物的成分包括鉻和氧。
[0016]在另一個實施方式中，所述至少一種反應氣體成分包括氮，其以氮氣，N2或氨的形式添加。包括氮的反應氣體成分的使用有利于檢測例如硬質(zhì)金屬中的Ti，因此反應產(chǎn)物包括鈦和氮。
[0017]在上述實施方 式中，含有氧和氮的反應氣體成分作為合適的反應氣體成分被描述。然而，其它反應氣體成分也可用于與硬質(zhì)金屬中的一種或多種元素形成可檢測的反應產(chǎn)物。硬質(zhì)金屬中的其它可適于形成反應產(chǎn)物的元素例如Ta，Nb或Mo。試驗結(jié)果顯示出，即使硬質(zhì)金屬中存在的元素的量很少，也能形成足夠量的反應產(chǎn)物用于隨后的分揀。例如，即使硬質(zhì)金屬中元素的含量少到0.4wt%，在合適的熱處理條件下，仍然能夠形成足夠量的反應產(chǎn)物。
[0018]熱處理步驟中使用的溫度被選擇為在可接受的時間內(nèi)形成足夠量的反應產(chǎn)物，并且同時避免對硬質(zhì)金屬產(chǎn)生不利影響。適當?shù)臏囟葹橹辽?00°C。為了增加反應速率，溫度可替代地為至少900°C。在另一個替代例中，溫度為至少1200°C，優(yōu)選至少1300°C。熱處理適宜地在小于2000°C的溫度下進行。為了避免不希望的反應，諸如:例如滲碳反應，并且/或者出于經(jīng)濟原因，熱處理溫度適宜地小于1800°C，優(yōu)選小于1700°C。
[0019]如同關(guān)于溫度的情況一樣，時間也被選擇為同樣獲得足夠量的反應產(chǎn)物，而不對硬質(zhì)金屬產(chǎn)生負面效果。時間適宜地為至少30分鐘。然而，時間也可以長達16小時，例如必須選擇低溫以避免不希望的反應產(chǎn)物形成，或者避免晶粒過度長大。在其它情況中，晶粒長大并不是問題，或者可能甚至是優(yōu)選的，這因此使得允許在高溫下長時間進行熱處理。
[0020]另一個用于調(diào)整熱處理的手段是選擇合適的反應氣體(該反應氣體為一種或多種)的分壓。該反應氣體(該反應氣體為一種或多種)的合適的分壓適宜地通過本領(lǐng)域已知的熱力學計算確定。氣體中的所述至少一種反應氣體成分的分壓適宜地為IOmbar或更高。然而，壓力實質(zhì)上可以更高，從而通常允許較短的熱處理時間。然而，通常的是，反應氣體成分的分壓大約為大氣壓或更低時足以在合理的時間內(nèi)形成反應產(chǎn)物。選擇較低的反應氣體成分的分壓可以避免不希望的反應，這對于硬質(zhì)金屬中存在多種不同(特定)元素時可能是期望的。較低的壓力可以因此足以使得硬質(zhì)金屬中的這些多種元素中的一個發(fā)生反應，但同時壓力又太低而不足以使得這些元素中的另一種元素發(fā)生反應。選擇合適的溫度可以具有相似的效果。
[0021]因此，可以通過利用例如熱力學計算適宜地設(shè)計熱處理，這針對例如所述一種或多種反應氣體以及氣氛中存在的任何惰性氣體的壓力，以及溫度，從而檢測硬質(zhì)金屬中的特定元素(如果存在的話)，以便進行隨后的分揀操作。
[0022]因此，可以在較寬的范圍內(nèi)選擇溫度，時間以及氣體壓力?？梢杂杀绢I(lǐng)域技術(shù)人員選擇恰當?shù)囊唤M參數(shù)，并獲得期望的結(jié)果。
[0023]該方法通常應用于使用過的或未使用的硬質(zhì)金屬廢料，因此所述一個或多個物體在熱處理步驟(a)之前適宜地從低于200°C的溫度加熱到熱處理溫度。
[0024]依據(jù)本發(fā)明的方法適宜地應用于WC基的硬質(zhì)金屬，即主要的硬質(zhì)相成分為碳化鎢，粘結(jié)相為鐵族金屬，即Co，Ni和/或Fe，適宜地主要為Co。硬質(zhì)金屬可以還含有其它硬質(zhì)相成分，例如包括T1、Ta和Nb中的一種或多種的碳化物、氮化物或它們的混合物。硬質(zhì)金屬中還可以含 有其它合金化元素，諸如:例如Cr、Mo和/或Mn。
[0025]該方法適宜地適于應用在硬質(zhì)金屬物體上，其中在所述一個或多個物體中可選地存在的元素為鉻。在合適的熱處理狀態(tài)下，硬質(zhì)金屬中鉻的存在產(chǎn)生可檢測的反應產(chǎn)物。例如，反應氣體成分可以為氧，因此形成的反應產(chǎn)物包括鉻和氧。反應物可以例如形成為表面部分的最外側(cè)部分，其通常顯現(xiàn)出黑色的表面顏色，這有利于視覺檢測經(jīng)熱處理的所述一個或多個硬質(zhì)金屬物體并對其進行分揀。合適的熱處理溫度范圍為950-1100°C，時間適宜小于10小時。熔爐氣氛中例如CO和CO2等的含氧氣體的分壓可例如從10-800mbar的范圍中選擇。本領(lǐng)域技術(shù)人員例如可以通過基于已知成分的物體的簡單實驗或通過熱力學計算，從而確定時間，溫度，以及熱處理步驟的氣氛中存在所述至少一種反應氣體成分和任何其它氣體成分的分壓的適宜組合。
[0026]該方法也適宜地適于應用在硬質(zhì)金屬物體上，其中在所述一個或多個物體中可選地存在的元素為鈦。在合適的熱處理狀態(tài)下，硬質(zhì)金屬中存在鈦產(chǎn)生可檢測的反應產(chǎn)物。例如，反應氣體成分可以為氮，因此形成的反應產(chǎn)物包括鈦和氮。反應物可以例如形成為表面部分的最外側(cè)部分，其通常顯現(xiàn)出淡黃色的表面顏色，這有利于視覺檢測經(jīng)熱處理的所述一個或多個硬質(zhì)金屬物體并對其進行分揀。合適的熱處理溫度范圍為1300-1700°C，時間適宜小于4小時。在一個替代例中，熔爐氣氛中例如氨和N2等的含氮氣體的分壓可例如從IOO-1lOOmbar的范圍中選擇。然而,如上所述,本領(lǐng)域技術(shù)人員例如可以通過基于已知成分的物體的簡單實驗或通過熱力學計算，從而確定時間，溫度，以及熱處理步驟的所述至少一種反應氣體成分的分壓的合理組合。
[0027]因此，在本發(fā)明的一個實施方式中，反應產(chǎn)物至少部分地構(gòu)成了經(jīng)熱處理的含所述特定元素的所述一個或多個物體的最外側(cè)表面。
[0028]在一個實施方式中，分揀操作(b)基于所述一個或多個物體的最外側(cè)表面的顏色。在本申請的上下文中，如果顏色可通過肉眼檢測從而允許進行人工分揀操作，或可通過例如可視系統(tǒng)檢測從而允許進行自動分揀，這是十分有利的。
[0029]在一個實施方式中，分揀操作(b)通過對所述一個或多個物體的最外側(cè)表面部分的特性進行視覺檢查而進行。[0030]在另一個實施方式中，分揀操作(b)通過對所述一個或多個物體的最外側(cè)表面部分的特性進進行自動分析而進行。
[0031 ] 在一個實施方式中，所述一個或多個硬質(zhì)金屬物體在熱處理前未進行涂層。
[0032]在一個實施方式中，硬所述一個或多個質(zhì)金屬物體在熱處理前具有涂層。涂層可以例如是PACVD、CVD或PVD涂層。試驗結(jié)果顯示，這樣的涂層并不妨礙反應產(chǎn)物的生成。相反，涂層例如TiN構(gòu)成的涂層在熱處理期間表現(xiàn)出首先分解，而之后，反應產(chǎn)物可以形成為例如硬質(zhì)金屬的最外側(cè)表面。
[0033]上面主要討論了分揀步驟，分揀基于形成硬質(zhì)金屬的最外側(cè)表面的、具有可分辨顏色的反應產(chǎn)物。然而，作為替代，分揀步驟也可以基于反應產(chǎn)物的成分或其它特性來進行，適宜地是使用自動分揀系統(tǒng)。
[0034]需要注意的是，對于不同的硬質(zhì)金屬成分，相同的氣體氣氛可以產(chǎn)生不同的反應產(chǎn)物，從而可以在同一個單個的熱處理步驟中，將一組具有多種不同硬質(zhì)金屬牌號的硬質(zhì)金屬物體分揀成多個不同的種類。
[0035]該方法適宜地適用于分揀不同類型、尺寸和形狀的硬質(zhì)金屬物體，例如刀片，諸如用于切割金屬、木材、石頭等的刀片，鉆具和耐磨部件。
[0036]例 I
[0037]依據(jù)本發(fā)明對部分地涂層和未涂層的兩種不同成分的燒結(jié)硬質(zhì)金屬的試樣進行處理。
[0038]硬質(zhì)金屬成分列在表1中，其它元素以雜質(zhì)水平存在。在熱處理之前，所有試樣的硬質(zhì)金屬具有中灰色。
`[0039]表1
[0040]
【權(quán)利要求】
1.一種分揀硬質(zhì)金屬的方法，其特征在于，包括以下步驟: (a)對包括硬質(zhì)金屬的一個或多個物體進行熱處理，所述熱處理在500°C或更高的溫度下進行，且熱處理氣氛包括至少一種反應氣體成分，所述反應氣體成分易于與元素形成反應產(chǎn)物，所述元素可以存在于或可以不存在于所述一個或多個物體中，并且 (b)基于經(jīng)熱處理的所述一個或多個物體的表面部分中所述反應產(chǎn)物的存在或不存在，對所述一個或多個物體執(zhí)行分揀操作。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一種反應氣體成分包括氧。
3.如權(quán)利要求1-2中任一項所述的方法，其中所述至少一種反應氣體成分包括氮。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的方法，其中氣體中的所述至少一種反應氣體成分的分壓為IOmbar或更高。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，其中溫度至少為900°C。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項所述的方法,其中溫度小于2000°C。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項所述的方法，其中步驟(a)進行時間至少為30分鐘。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項所述的方法，其中硬質(zhì)金屬為WC基的硬質(zhì)金屬。
9.如權(quán)利要求1- 8中任一項所述的方法，其中所述一個或多個物體在步驟(a)之前從低于200°C的溫度加熱到熱處理溫度。
10.如權(quán)利要求1-9中任一項所述的方法，其中在所述一個或多個物體中可以存在或可以不存在的所述元素為鉻。
11.如權(quán)利要求1-10中任一項所述的方法，其中在所述一個或多個物體中可以存在或可以不存在的所述元素為鈦。
12.如權(quán)利要求1-11中任一項所述的方法，其中所述反應產(chǎn)物至少部分地構(gòu)成經(jīng)熱處理的含有所述元素的所述一個或多個物體的所述表面部分。
13.如權(quán)利要求1-12中任一項所述的方法，其中所述分揀操作(b)通過對所述一個或多個物體的最外側(cè)表面的特性進行視覺檢測來實施。
14.如權(quán)利要求13中所述的方法，其中所述分揀操作(b)基于所述一個或多個物體的最外側(cè)表面的顏色。
15.如權(quán)利要求1-12中任一項所述的方法，其中所述分揀操作(b)通過對所述一個或多個物體的所述表面部分的特性進行自動分析來實施。
【文檔編號】C22B7/00GK103620066SQ201280029910
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月17日
【發(fā)明者】斯特凡·貝克隆德, 烏爾夫·尤特斯特倫 申請人:山特維克知識產(chǎn)權(quán)股份有限公司