專利名稱：刀具、其制造方法及其均質化碳化鎢的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種刀具，特別涉及一種刀具、其制造方法及其均質化碳化鎢的制造方法。
背景技術：
近幾十年來，科學發展一日千里，新技術、新理論、新材料不斷地發展出來。在許多重要的材料中，碳化鶴(tungsten-titanium, WC)屬于最強硬的材料,利用碳化鶴可制成各類零件。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、鉆頭、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，且廣泛地應用于制造工藝中。碳化鎢刀具為粉末冶金的產品，其主要成分為鎢并加入鈦、鑰、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它材料均高且可達高碳鋼的三倍，并適用于切削較硬金屬或石材，因其材質脆硬，故只能制成片狀再焊于較具韌性的刀柄上。 目前，碳化鎢刀具制作方式是利用粉末冶金方式以碳化鎢合金材料制作，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。碳化鎢刀具的粉末冶金制作方式主要由下列步驟所組成:(一 )碳化鎢粉的制取: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，將含鶴的精礦與碳化招或碳化 丐混在一起加熱廣生反應，所廣生的聞熱量與碳化鋁或碳化鈣進行加熱反應至超2100°C而形成碳化鎢，待冷卻后將此碳化鎢破碎至極細的粉末。另外一種制造方式是在高溫下將鎢粉與碳混在一起制成碳化鎢。( 二)合金的制成:碳化鎢合金制作是將碳化鎢與鈷以一定的比例混合并加壓成各種形狀，然后半燒結。此燒結過程通常是在真空爐里進行，設定真空爐的溫度大約為1300°C至1500°C之間可制得含有約94%碳化鎢及6%鈷的碳化鎢合金材料，其中碳化鎢顆粒之間以鈷粒為黏合劑。燒結碳化物是由散布的堅硬陶瓷顆粒(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，于加入鈷粉末加壓成壓粉體后，加熱使鈷熔化而將碳化鎢緊緊包住。固化后鈷即成為碳化鎢的黏結劑，且提供了耐沖擊抵抗能力，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制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產生顆粒粒徑不均一的現象，這樣的碳化鎢粉末在后續分離顆粒大小過程僅經過篩網粗略分離，隨后即被添加入刀具加工制程中。因此，所制成的碳化鎢刀具所含的碳化鎢顆粒為非均質化分布，這樣的非均質的碳化鎢顆粒分布在所述刀具的內部及其表面不同位置上，所述刀具在使用過程中因其內部含有非均質碳化鎢而使所述刀具表面呈現不同的硬度區域，亦或造成整體刀具的硬度下降，所制成的刀具制品在使用過程中可能會產生刀具表面凹陷毀損現象，而減少刀具的使用壽命。以目前關于碳化鎢刀具的相關技術而言，大部分的技術都僅對碳化鎢做顆粒納米化處理，而忽略了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的影響。因此，現有技術仍缺乏一種具有均質化碳化鎢的刀具及其碳化鎢的分類制造方法。

發明內容
為解決目前碳化鎢刀具在制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，導致對刀具的硬度及使用壽命上的影響。本發明提供一種刀具及其制造方法以及均質化碳化鎢的制造方法，通過均質化分散、離心顆粒大小分類及震蕩等組合方式，獲得均質化碳化鎢，可制得較高硬度及較長使用壽命的碳化鎢刀具。鑒于上述現有技術的問題，根據本發明的一個目的，提供一種刀具，碳化鎢刀具由粉末冶金方法所制成，其中，刀具包含均質化碳化鎢及選自于由下列所構成的組中的至少一種:鎢、鈷、碳化鉭、碳化鈦以及它們的組合。較佳地,鎢的含量占均質化碳化鎢整體重量的50至90wt%。較佳地，均質化碳化鎢的 粒徑范圍為納米等級，粒徑范圍可為l-10nm。根據本發明的另一目的，提出一種刀具的制造方法，其包括下列步驟:(I)稱取均質化碳化鎢粉末與其它金屬或金屬化合物粉末于第一預設參數條件下壓制成胚體，第一預設參數條件如下:環境壓力lOOOPsi，持壓時間20分鐘及壓制溫度介于25 150°C之間；其中，其它金屬或金屬化合物粉末選自于由下列所構成的組中的至少一種:鎢、鈷、碳化鉭、碳化鈦以及它們的組合；(2)將上述胚體置于載座上再置入碳化環境中，并于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:燒結溫度介于1410 1470°C之間、升溫速率3 5°C /min之間及高溫持溫時間20 95分鐘；以及(3)燒結完成后得到具有均質化碳化鎢的刀具。較佳地，刀具的硬度可達1810 1850Hv3(lkg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。根據本發明的又一目的，提出一種均質化碳化鎢的制造方法，其包括下列步驟:(I)提供含有碳化鎢的原液；(2)將含有碳化鎢的原液置入均質器中，均質器包括攪拌頭及震蕩分散頭，將含有碳化鎢的原液通過攪拌頭進行預定攪拌時間，再通過震蕩分散頭進行預定分散時間后，得到分散后原液；以及(3)將分散后原液置入離心器中，離心器的高速離心力使分散后原液中碳化鎢顆粒間相互碰撞，產生離心后原液，而獲得具有預設顆粒范圍的均質化碳化鎢。較佳地，在步驟(3)之后，進一步包含震蕩步驟，所述震蕩步驟將離心后原液置入震蕩器中進行震蕩，使離心后原液中碳化鎢更均質化分散。較佳地，在步驟(3)之前，進一步包含震蕩步驟，所述震蕩步驟將分散后原液置入震蕩器中進行震蕩，使分散后原液中碳化鎢更均質化分散。
較佳地，在步驟(2)之前還包含另一離心步驟，所述另一離心步驟將含有碳化鎢的原液置入離心器中，離心器的高速離心力使含有碳化鎢的原液中碳化鎢顆粒間相互碰撞，產生另一離心后原液，后續將另一離心后原液置入步驟(2)的均質器中進行步驟(2)及步驟(3)。較佳地，震蕩器可為超音波震蕩器。較佳地，預定攪拌時間范圍為2-4小時，預定分散時間可為I小時。較佳地，鎢的含量介于均質化碳化鎢整體重量的50至90wt%。較佳地，含有碳化鎢的原液包含選自于由下列所構成的組中的至少一種:鶴、鈷、碳化鉭、碳化鈦以及它們的組合。本發明所提供的刀具、其制造方法及其均質化碳化鎢的制造方法，其提供下列的優點:1.均質化碳化 鎢顆粒分布于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，所制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，并具有較長的刀具使用壽命。2.本發明的均質化碳化鎢的制造方法利用均質化分散、離心顆粒大小分類及超音波震蕩等組合方式，獲得均質化碳化鎢。其中，通過特殊的均質器將碳化鎢均質化，后續在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，更可結合超音波震蕩原理，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蕩分散，使團聚分子之間的空氣間隙被超高頻率的電磁流震蕩擊破，達到團聚分子分散的效能，進而達到顆粒均質化的目的。本發明的效果并不限定于以上所述的情況，對于沒有提及的其它效果，技術人員可從下面的記載明確地理解。


圖1是本發明一個實施例的均質化碳化鎢的分類制造方法的流程步驟圖。圖2是本發明另一實施例的均質化碳化鎢的分類制造方法的流程步驟圖。圖3是本發明又一實施例的均質化碳化鎢的分類制造方法的流程步驟圖。
具體實施例方式本發明使用分離液體中碳化鎢顆粒大小的離心分類方法，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。、浮力Fb、曳引力Fd。對于一定的顆粒和流體,離心力F。、浮力Fb—定,但曳引力Fd卻隨著顆粒運動速度而變化，最后顆粒與液體間的相對速度將平衡于終端速度ut，此時顆粒所受的各力的和為零F + Fh + Fcl =0離心力F。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Cp及
P P，而液體的密度為P L則
權利要求
1.一種刀具，其特征在于，所述刀具包含均質化碳化鎢及選自于由下列所構成的組中的至少一種:鎢、鈷、碳化鉭、碳化鈦以及它們的組合。
2.如權利要求1所述的刀具，其特征在于，鎢的含量占所述均質化碳化鎢整體重量的50 至 90wt% ο
3.如權利要求1或2所述的刀具，其特征在于，所述均質化碳化鎢的粒徑范圍為納米等級。
4.如權利要求3所述的刀具，其特征在于，所述粒徑范圍為l-10nm。
5.一種刀具的制造方法，其特征在于，所述方法包括下列步驟: (1)稱取均質化碳化鎢粉末與其它金屬或金屬化合物粉末于第一預設參數條件下壓制成胚體，所述第一預設參數條件如下:環境壓力lOOOPsi，持壓時間20分鐘及壓制溫度介于25 150°C之間；其中，所述其它金屬或金屬化合物粉末選自于由下列所構成的組中的至少一種:鎢、鈷、碳化鉭、碳化鈦以及它們的組合； (2)將所述胚體置于載座上再置入碳化環境中，并于第二預設參數條件下進行常壓燒結，所述第二預設參數條件如下:燒結溫度介于1410 1470°C之間、升溫速率3 5°C /min及高溫持溫時間20 95分鐘；以及 (3)燒結完成后得到具有均質化碳化鎢的刀具。
6.如權利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述具有均質化碳化鎢的刀具的硬度為 1810 1850Hv30kgo
7.如權利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述具有均質化碳化鎢的刀具的使用壽命為1880 1900分鐘。
8.如權利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述具有均質化碳化鎢的刀具的橫斷裂強度為4270 4300N/mm2。
9.一種均質化碳化鎢的制造方法，其特征在于，用于如權利要求1所述的刀具，所述制造方法包括下列步驟: (1)提供含有碳化鎢的原液； (2)將所述含有碳化鎢的原液置入均質器中，所述均質器包括攪拌頭及震蕩分散頭，將所述含有碳化鎢的原液通過所述攪拌頭進行預定攪拌時間，再通過所述震蕩分散頭進行預定分散時間后，得到分散后原液；以及 (3)將所述分散后原液置入離心器中，所述離心器的高速離心力使所述分散后原液中碳化鎢顆粒間相互碰撞，產生離心后原液，而獲得具有預設顆粒粒徑范圍的均質化碳化鎢。
10.如權利要求9所述的均質化碳化鎢的制造方法，其特征在于，在步驟(3)之后進一步包含震蕩步驟，所述震蕩步驟將所述離心后原液置入震蕩器中進行震蕩，使所述離心后原液中碳化鎢更均質化分散，得到所述均質化碳化鎢。
11.如權利要求9所述的均質化碳化鎢的制造方法，其特征在于，在步驟(3)之前進一步包含震蕩步驟，所述震蕩步驟將所述分散后原液置入震蕩器中進行震蕩，使所述分散后原液中碳化鎢更均質化分散。
12.如權利要求9所述的均質化碳化鎢的制造方法，其特征在于，在步驟(2)之前進一步包含另一離心步驟，所述另一離心步驟將所述含有碳化鎢的原液置入離心器中，所述離心器的高速離心力使所述含有碳化鎢的原液中碳化鎢顆粒間相互碰撞，產生另一離心后原液，后續將所述另一離心后原液置入步驟(2)的均質器中進行步驟(2)及步驟(3)。
13.如權利要求10或11所述的均質化碳化鎢的制造方法，其特征在于，所述震蕩器包括超音波震蕩器。
14.如權利要求9至12中任一項所述的均質化碳化鎢的制造方法，其特征在于，所述預定攪拌時間范圍為2-4小時。
15.如權利要求9至12中任一項所述的均質化碳化鎢的制造方法，其特征在于，所述預定分散時間為I小時。
16.如權利要求9所述的均質化碳化鎢的制造方法，其特征在于，所述含有碳化鎢的原液還包含選自于由下列所構成的組中的至少一種:鎢、鈷、碳化鉭、碳化鈦以及它們的組合。
全文摘要
本發明公開了一種刀具、其制造方法及其均質化碳化鎢的制造方法，其中，刀具包含均質化碳化鎢及選自于由下列所構成的組中的至少一種鎢、鈷、碳化鉭、碳化鈦以及它們的組合，通過均質化分散、離心顆粒大小分類及超音波震蕩等組合方式獲得均質化碳化鎢，并制得到較高硬度及較長使用壽命的均質化碳化鎢刀具。此制造方法通過特殊的均質器將碳化鎢粉末均質化，結合離心分離及超音波震蕩方法，進而達到團聚分子分散的效能，其所制造的刀具呈現整體硬度均勻，于長期使用下刀具表面凹陷毀損機率較低，并具有較佳的刀具使用壽命。
文檔編號B22F7/06GK103205620SQ20121003337
公開日2013年7月17日 申請日期2012年2月13日 優先權日2012年1月13日
發明者呂鴻圖 申請人:昆山納諾新材料科技有限公司