專利名稱:按照成分和結構處理燒結碳化合物的方法
燒結碳化物(硬質合金)是用于指定用途條件下的刀具和磨損部件的材料。
本發(fā)明是關于按其成份和結構，高技術而經(jīng)濟地分離燒結碳化物的唯一的，有效的方法。
燒結碳化物中的主要合金元素和最多數(shù)使用的元素，僅僅以少量比例存在地殼中，最典型的金屬元素是鎢、鉭、鈮(鈳)、鈷以及較常見的鈦。鉬、鉻、釩、鎳和鐵也是燒結碳化物中的普通金屬合金元素。在許多步驟中，用于燒結碳化物產(chǎn)品的可稱入的，粉狀的純金屬、合金、碳化物、氮化物等的原料的制備，需要先進的工藝，并具有高的精度。
礦石為基的原料，作為燒結碳化物產(chǎn)品備料是昂貴的。
目前，普遍收集燒結碳化物廢料，并把這些廢料重新處理成用于燒結碳化物的原料。
燒結碳化物廢料的化學溶解法，完全或部分地與在申請工藝中存在的金屬元素的分離有關。最終產(chǎn)物是可稱入的燒結碳化物產(chǎn)品的金屬粉末，合金粉末，碳化物粉，氮化物粉末等等。某些化學方法對于周圍環(huán)境是非常有害的，需要嚴格的防護措施，如控制排出的氮氣量。如果能夠用比普通燒結碳化物廢料市售價低得多的成本得到燒結碳化物廢料，那么化學再處理法是經(jīng)濟而允許的。嚴重污染的燒結碳化物廢料的價格很低，因此適合于化學再處理。
燒結碳化物廢料的主要部分(即反復使用的部分)，用比普通化學方法更直接的方法再處理，例如“冷流法”或“鋅化法”?！袄淞鞣ā敝傅氖且詸C械粉碎燒結碳化物廢料，使其成為含硬質成分和金屬粘結劑的粉末?！颁\化法”的特征在于用冶金方法把燒結碳化物廢料轉變成粉末。該方法通常是在不超過1000℃的溫度下完成的，把鋅分散到燒結碳化物中，并使它與金屬粘結劑(通常是鈷)熔合。用這種方法，將燒結碳化物粉碎成粉末。然后在高溫爐中，以電容器沉淀作用相配合，把鋅真空蒸發(fā)除去。
已經(jīng)知道，燒結碳化物廢料的熱處理方法，是在2000℃左右，將碳化物廢料分批地處理成球，使之產(chǎn)生多孔的，能夠工業(yè)處理的，但不可分的整體的原料燒結塊。
上述的方法以及其他已知的燒結碳化物廢料的機械法，或冶金分解法的特征是不可能分離燒結碳化物的部分成分。因此，在分解前，用人工分離法和/或物理、化學和/或燒結碳化物的機械特性分離法，設法完成把燒結碳化物分解成成份和/或結構組。
當這樣的申請涉及到，如高壓合成、熱軋、冷軋、拔管等重燒結碳化物時，所述的手工分離技術與實施例密度的測量有關的。對于巖石鉆孔和巖石切割工具用的燒結碳化物級別和實際級別，起作用的原因在于碳化鎢作為主要的硬質成分。
曾試圖尋找一種溶液，根據(jù)成份和/或結構自動分離少量的燒結碳化物，以制備具有適當成份的廉價原料。
試驗的獨立方法以及組合方法，是根據(jù)讓物體流過測量站的技術，以自動測量每種單個物體的化學、物理和/或機械數(shù)據(jù)。測量信號送入收集元件，用控制分離儀器處理信號，該儀器能把物體分解成要測量的數(shù)據(jù)類別。用實施例的方法，根據(jù)發(fā)射光譜法，X-射線熒光分析法，將由反射源的射線反射層的分析和/或比色法的化學分析，得到化學數(shù)據(jù)。部分物理數(shù)據(jù)，如密度、電導率、矯頑磁力和飽和磁化強度也已經(jīng)作為分離的基礎。其中的機械硬度數(shù)據(jù)已經(jīng)用作分離的基礎。
根據(jù)磁性重量分析方法，已經(jīng)試驗了用工業(yè)手段按級分離燒結碳化物廢料，并且能夠使用。
美國專利4466945和美國專利4470956是關于利用測量矯頑磁力，分離大多數(shù)金屬粘結劑含量相同的燒結碳化物的方法。二個專利中提出的化學成份，可用X-射線熒光測定方法或者發(fā)射光譜測定法確定。US4466945中，粉末產(chǎn)品由鋅化法制得，而US4470956中，粉末產(chǎn)品由帶有鹽酸的金屬粘結劑的化學溶解法制得。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，重量為100-150克和更低的燒結碳化物小塊廢料的級別，包括了與成份和結構有關的最普通的等級。燒結碳化物小塊廢料的主要部分已經(jīng)用于金屬和其他材料的切屑成形機。最大的和最重要的塊團，可用于標準切割刀片，這部分重量大約為10克。
在切屑成形機領域中，級別沒有標準化，不象應用領域那樣形成標準。不同類的燒結碳化物產(chǎn)品，根據(jù)經(jīng)驗、預測和設想，發(fā)展、設計和制造其級別，切割刀片和工具。用于切屑成形機的燒結碳化物的級別，其特征在于成份和結構的相對分布。如下表所示，應用領域之間存在的多重關系，一方面為材料數(shù)據(jù)，另一方面為特定成份和結構。表中的硬度和成份值(彼此克服的重量)可以作為硬質構成相的粒徑讀數(shù)。
應用領域 成份%(重量) 維克斯硬度硬ISo WC(TiTaNb)C CO HV
P10 55-70 20-35 7-10 1500-1750P20 65-80 12-25 7.5-10.5 1450-1650P30 70-82 7.5-20 8-11 1400-1600P40 74-86 5-15 8.5-13 1300-1500M10 83-88 7-10 5-7 1450-1700M20 81-86 8-11 6-8 1350-1600k05 92-97 0-3 3-5 1700-1950k10 89-95 0-4 5-7 1600-1850k20 88-94 0-4 6-8 1400-1650帶涂層的切割刀片出現(xiàn)后，重疊變得更加復雜。這類切割刀片占投入生產(chǎn)中的所有切割刀片的一半。涂層厚度為5-10微米(μm)，如實施例，由碳化鈦、氮化鈦、碳氮化鈦、碳化鉿、氮化鉿和/或氧化鋁組成。
大量提供的帶涂層切割刀片，導致了以確定化學成分含量為基的所述的分離方法的失敗。
從表中很明顯地看出，以金屬粘結劑含量特性為基的分離方法，只能用于非常粗略的分離。
用于切屑成形機的燒結碳化物廢料的密度，基本上介于10-15克/厘米3范圍內。燒結碳化物的重要成分，具有如下密度碳化鎢 1.57克/厘米3碳化鉭 14.5克/厘米3鈷 8.9克/厘米3
碳化鈮 7.8克/厘米3碳化鈦 4.9克/厘米3燒結碳化物的級別顯示了大量的重疊與密度有關。因此，重量法僅僅能進行粗略的分離。
現(xiàn)實的技術經(jīng)濟中，燒結碳化物廢料的工業(yè)分離需要很大?？墒谴罅康姆蛛x可能造成精確度的降低。由于在溶液的量和分離精度的需要，各種級別材料的數(shù)據(jù)特征在于重疊復雜，因此，造成了以各種級別材料數(shù)據(jù)為依據(jù)的燒結碳化物的機械化和自動化分離或多或少，沒有達到任何顯著的擴大或可觀的價值。
然而，本發(fā)明意外地指出，通過前面描述的，在經(jīng)濟和技術上可行的或有效的方法，將燒結碳化物間金屬粘接劑的含量可以重新分配，以便高度、合理地分離成分。
如果將燒結碳化物加熱到始熔溫度，熔融形成元素的粘結相，主要的元素為鈷、鎳和/或鐵，以及由硬質組份相溶解的元素。具有涂層的燒結碳化物，如碳化鈦、氮化鈦、碳氮化鈦、碳化鉿、氮化鉿和/或氧化鋁，由于熔化表層受到化學侵蝕而損壞。兩個物體之間彼此接觸形成橋墻。燒結碳化物成形器皿系統(tǒng)，具有熔化了的金屬粘結劑與作為傳遞液的溶解元素。
事實上，燒結碳化物級別特征在于，除金屬粘結相外，鈷、鎳和/或鐵是起支配作用的元素，保持一個或多個硬質組份相，通常為一個或二個，即六方形硬質組分相，碳化鎢、和/或含有立方硬質組成相，例如在碳化鈦、碳化鉭、碳化鈮和/或碳化釩等固溶體中具有碳化鎢?；瘜W成份(由相的含量和成份描述)以及平均粒徑和粒徑分布，確定了燒結碳化物級別特征。當按照本發(fā)明，將燒結碳化物加熱時，發(fā)現(xiàn)平均粒徑、粒徑分布，硬質組成相的比例成分直接對熔融有影響，燒結碳化物中彼此有聯(lián)系?；ハ嘟佑|的物質，有一個共同熔化單元。增強傳動力的意外效果，是粗粒硬質組成顆粒體比細粒硬質組成顆粒體熔化量低。在級別中，如碳化鈦、碳化鉭、碳化鈮、碳化釩、碳化鉿，氮化鈦和有關的硬質組成，全部或部分由本發(fā)明的碳化鎢代替，當所說級別的物體與碳化鎢含量較高的物體成為一體時，降低了熔化量。在該物體系統(tǒng)中彼此接觸形成的金屬粘結相的平均含量(主要指鈷、鎳和/或鐵)，可以分別用所述硬質成份因素和在物體中的熔化量一起進行調節(jié)。
將前面所述的實施例中形成的碳化物或氮化物的硬質成份與鐵族金屬為主要元素的一個或多個元素接觸，通過將溫度升至始熔溫度以上，延長保溫時間，可使粒徑增長。通過適當平衡溫度和時間的周期，可得到增加熔化再分配的方法。根據(jù)本發(fā)明已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，彼此傳遞接觸的物體，在一定溫度范圍內完成物體的熱處理，溫度范圍為1250-2500℃，最好為1350-2350℃，尤其好的是1400-2200℃。在熱處理溫度，即在最高溫度中的處理時間，間隔不超過10小時，最好不超過8小時，尤其好的是不超過5小時。為了達到預期的再分配，用爐子處理的燒結碳化物，必須具有使適當批料樣品，完全或部分地傳遞接觸。在配合料批量中，至少有75%重量，最好是85%重量，尤其是95%重量的物體，彼此以傳遞接觸。升高溫度時，形成的熔融量和熔融元素的蒸氣壓增加。升高溫度時，通過氣相的增加重新分配液相。為了在退火溫度時間范圍內進行傳遞接觸熱處理，而物體間不需要直接接觸。燒結碳化物間熔融的再分配是必需的，完全成為可能的。因此，根據(jù)本發(fā)明，將75%重量以上，最好是80%重量，尤其是85%重量以上的物體進行了熱處理，使重量減少150克，最好是減少125克，尤其是減少100克。
傳遞接觸與發(fā)生熔融再分配的意義是一樣的，都將使物體間的形成鍵減至最小。按照本發(fā)明，將配合料批量物體，進行爐內熱處理，然后冷卻至室溫，然而彼此間的冶金鍵合強度或大或小。將熔體自然固化。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，按本發(fā)明，為了使處理量的至少65%重量，最好是75%重量，尤其是85%重量，合格地分離成成份和結構，必須使機械分離后的物體，最多含10%重量，最好是7.5%重量，尤其是5%重量的不同類冶金建合材料。
下面的實施例描述了按照本發(fā)明處理燒結碳化物的結果。
實施例1在用于巖石鉆頭的燒結碳化物金屬小球產(chǎn)品中，批量A的金屬小球級別1與批量B的金屬小球級別2混合。兩種不同批量的金屬小球的結構和尺寸是相同的。批量A的金屬小球量為批量B的兩倍。燒結層的金屬小球的級別數(shù)據(jù)為級別成份(%重量) 密度(克/厘米3) 硬度WC CO HV1 94 6 14.9 1400-14502 94 6 14.9 1525-1575表中示出(間接地)碳粒尺寸不同，化學成分相同的級別。
將金屬小球置于石墨料盤中，用振動進料器，使單一層彼此間無規(guī)則取向，并使金屬直接接觸。每個料盤含有10公斤金屬小球，每塊金屬小球重量約20克。爐內裝有450公斤的原料。把配合料批量加熱到1425℃，保溫1小時。爐內氣氛為氫氣。配合料批量出爐冷卻后，物體通過氣壓沖擊機互相分離。確定了90%重量的物體比不同級別冶金鍵合原料少了4%。
經(jīng)互相分離的物體，通過一個帶有稱重設備的自動工作機，該稱重設備沒有重量，有磁場引力的反作用，并具有按照重量數(shù)據(jù)通過微處理機控制的分類設備。通過工廠標準物校準，將配合料批量分成兩份批量，兩份批量的數(shù)量為2∶1。大的批量用C表示，小批量用D表示。將試樣進行化學分析，密度測定，硬度測定以及結構分析。得到結果如下批量成份(%重量) 密度(克/厘米3) 硬度WC CO HVC 94.9 5.1 15.0 1475-1500D 92.3 7.7 14.7 1500-1525金相測定表明批量C與批量A具有相同的碳粒尺寸。同樣，批量D與批量B結構相同。按本發(fā)明的爐處理，使批量A的金屬小球可從批量B的金屬小球中合理地分離出來。經(jīng)過爐處理和分離，將兩批已處理的產(chǎn)品用鋅化法重新處理為燒結碳化物粉末。
實施例2兩批沒有標記，錯誤地堆在一起的切割刀片SPUN120308與某一批料混合。其中之一，批量A是另一批切割刀片(批量B)的3倍。兩批刀片上涂有碳化鈦層。用于二個批量的切割刀片物質材料表示的燒結碳化物級別是不相同的。下面提供兩種級別。
批量 成份(%重量) 硬度WC (TiTaNb)C CO HVA 85.9 8.6 5.5 1550B 92.3 1.7 6.0 1500
將切割刀片置于石墨料盤中，用振動進料器使單一層彼此間無規(guī)則取向，使金屬直接接觸。爐內裝有總量為300公斤的切割刀片。將配合料批量加熱至1500℃，保溫2小時后，將批料冷卻至室溫。確定了95%重量的切割刀片，比不同級別冶金鍵合材料少3%重量。取出試樣進行金相檢驗和化學分析，金相檢驗表明碳化鈦層在爐內處理時已被溶解。而且，化學分析表明A批量切割刀片，即那些含量高的硬質立方組成相(TiTaNb)C與溶解的WC刀片，鈷含量增加到5.1%重量，而B批量切割刀片，鈷含量增加到7.1%重量。
把互相分離的切割刀片，送入包括測量鈷含量設備的自動工作機，通過與分類設備相連接的發(fā)射光譜儀測定切割刀片的鈷含量。分類設備是按分析數(shù)據(jù)，由微處理機控制的。分類設備的有效功能，由標準體校準。從電弧輻射的時間，保持每個切割刀片低于2秒。批量A原始切割刀片量為批量B的3倍。最后由鋅化法轉變?yōu)榉勰?br>權利要求
1.燒結碳化物體間金屬粘結劑重分布的方法，是把混合物按比例，成份，粒徑和/或硬質構成相的分布，分成兩個或多個互相不同的燒結碳化物級別，其特征在于，把物體加熱到最高溫度范圍1250-2500℃，較好的溫度范圍為1350-2350℃；並至少物體的代表量完全或部分，相互以傳遞接觸。
2.如權利要求
1的方法，其特征在于，在最高溫度的保溫時間不超過10小時，最好不超過8小時。
3.如上述權利要求
的任一項的方法，其特征在于，傳遞接觸指的是物體間熔化的流動和/或由于蒸發(fā)和冷凝的影響，物體間熔化的元素通過氣相流動。
4.如上述權利要求
的任一項的方法，其特征在于按照該方法經(jīng)處理和互相分離后的物體，至少由65%重量，最好為75%重量的物體組成，該物體具有低于10%，最好低于7.5%重量的不同類冶金鍵合材料。
5.如上述權利要求
中的任一項的方法，其特征在于批料中至少75%重量，最好85%重量的物體是傳遞接觸的。
6.如上述權利要求
中的任一項的方法，其特征在于大于75%重量，最好80%重量經(jīng)處理的物體，稱重時少于150克，最好少于125克。
專利摘要
本發(fā)明是關于按其成分和結構，高技術而經(jīng)濟地分離燒結碳化物的唯一的，有效的方法。
文檔編號B22F1/00GK87102170SQ87102170
公開日1988年3月9日 申請日期1987年2月5日
發(fā)明者卡爾·斯文·古斯塔夫·?？笋R, 尤爾夫·厄恩斯特·朱特斯特羅姆, 普·英格瓦·安德森 申請人:桑特拉德有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan