复合金属陶瓷及其制备方法技术

一种复合金属陶瓷及其制备方法，属于陶瓷材料及其制备方法。采取优化材料成分、改进烧结工艺、细化晶粒的手段进一步提高其强韧性，该金属陶瓷成份为：２５≤Ｔｉ≤３０，６≤Ｃ≤８．５，２５≤Ｎｉ≤４０，１２≤Ｍｏ≤２０，２≤Ｎ≤３，５≤Ｗ≤１０，０．４≤Ｃｒ≤１．０。其制备工艺为：将单质元素Ｔｉ、Ｃ、Ｎｉ、Ｍｏ粉末混合，在氩气保护下，通过机械合金化制备包括纳米级ＴｉＣｘ和ＮｉＭｏ固溶体的混合物，再与ＴｉＮ、ＷＣ、Ｃｒ↓［３］Ｃ↓［２］、Ｃ粉末一起配制成符合上述成份的混合料，加入成型剂、压制成型，在真空度高于５Ｐａ的条件脱脂，在真空度高于１．０×１０↑［－１］Ｐａ的条件下烧结，在压力为１００－１５０ＭＰａ，处理温度１３５０－１４００℃的条件下进行热等静压处理。所述材料具有高硬度，高抗弯强度，ＨＲＡ≥９０．０，σ↓［ｂ］≥２５００ＭＰａ。可用于刀具、拉丝模、压制模等。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术为陶瓷材料及其制造方法，特别涉及复合Ti(C，N)基金属陶瓷及其制备方法。表1 日本市场上常用的金属陶瓷的牌号和性能 表2 中国市场上正在试用的几种金属陶瓷的牌号和性能
技术实现思路
本专利技术的一种，采取优化材料成分、改进烧结工艺、细化晶粒的手段进一步提高该金属陶瓷的强韧性，提供一种显微组织中含有10％以上的纳米晶粒，HRA≥90.0，σb≥2500MPa的Ti(C，N)基金属陶瓷，使此类材料在保持原有优越性的基础上，其强韧性得到改善。实现这一目的的Ti(C，N)基金属陶瓷，在组成成份中加入少量的Cr3C2。本专利技术的另一目的是提供制备上述复合金属陶瓷的方法，其特点是先进行机械合金化，制备包括纳米级TiCx和NiMo固溶体的混合物，再配制符合成份要求的混合料，依次经混料、成型、脱脂、真空烧结、热等静压处理。本专利技术的一种复合金属陶瓷，其成份重量百分比为 25≤Ti≤30，6≤C≤8.5，25≤Ni≤40，12≤Mo≤20，2≤N≤3，5≤W≤10，0.4≤Cr≤1.0。本专利技术如前所述的复合金属陶瓷的制备方法，依次包括如下步骤；(1)将单质元素Ti、C、Ni、Mo粉末混合，其成分重量配比为25≤Ti≤28，6.5≤C≤7，25≤Ni≤40，12≤Mo≤20，用机械合金化制备包括纳米级的TiCx和NiMo固溶体的混合物，再将其与TiN、WC、Cr3C2、C粉一起配制成符合最终重量比例的混合料，(2)加入成型剂，压制成型，脱脂，(3)然后经真空烧结和热等静压处理而成。所述的复合金属陶瓷的制备方法，其进一步的特征为(1)机械合金化在氩气保护下进行，(2)所加入成型剂为聚乙烯醇，(3)脱脂工序在真空炉中进行，(4)热等静压处理在氩气保护下进行。所述的复合金属陶瓷的制备方法，其工艺参数可以为(1)机械合金化过程所用氩气纯度≥99.99％、压力0.2-0.8MPa，转速为350-400rpm，时间为96-132h，(2)成型剂加入比例为混合料的4wt％-8wt％，压制成型所用压力为250-400MPa，(3)脱脂工序在真空度高于5Pa的条件下进行，在400-600℃之间保温6-10h。(4)真空烧结的真空度高于1.0×10-1Pa，烧结温度为1410-1480℃，保温时间为40-80min，(5)热等静压炉中所用的氩气压力为100-150MPa，处理温度1350-1400℃，时间为30-50min。本专利技术的纳米复合Ti(C，N)基金属陶瓷，其HRA≥90.0，σb≥2500MPa，不但具有较高的硬度、耐磨性、红硬性、优良的化学稳定性、与金属间极低的摩擦系数等优点外，其强韧性也较优良，作为刀具不但可以在震动不大的先进机床上运用，还可以用于国内普通的机床，与相同硬度的硬质合金相比，其可以允许进刀量提高2-4倍，切削速度提高2倍以上。由于强韧性比较优越，其还可用来作拉丝模、压制模等模具。表3是4种成分配方的混合料，分别采用不同的工艺参数将其制备成金属陶瓷，并分别测定其主要性能硬度和抗弯强度。表3 4种混合料的成分配比成分 TiCNiMoNWCr1#308.5 27.5 20310 12#277.3 3517310 0.73#276.2 40132.4 10 0.44#257.6 4020250.4 实施例1机械合金化过程所用压力0.2MPa，转速为350rpm，时间为96h，成型剂聚乙烯醇的加入量为4wt％，压制成型所用压力为400MPa，脱脂工序在真空度高于5Pa的条件下进行，保温温度为600℃，保温时间为10h。真空烧结的真空度高于1.0×10-1Pa，烧结温度为1410℃，保温时间为40min，热等静压炉中所用氩气压力为100MPa，处理温度1400℃，保温时间为30min。在上述制备工艺条件下，不同成分配比的金属陶瓷的性能见表4。表4 采用工艺1制备出的不同金属陶瓷的性能成分1#2#3#4#抗弯强度σb(MPa) 2512263328842578硬度(HRA) 91.590.890.790.2实施例2机械合金化过程所用压力0.5MPa，转速为350rpm，时间为120h，成型剂聚乙烯醇的加入量为6wt％，压制成型所用压力为300MPa，脱脂工序在真空度高于5Pa的条件下进行，保温温度为500℃，保温时间为6h。真空烧结的真空度高于1.0×10-1Pa，烧结温度为1440℃，保温时间为60min，热等静压炉中所用氩气压力为100MPa，处理温度1370℃，保温时间为40min。在上述制备工艺条件下，不同成分配比的金属陶瓷的性能见表5。表5 采用工艺2制备出的不同金属陶瓷的性能成分 1#2#3#4#抗弯强度σb(MPa)2583253427352628硬度(HRA)90.890.290.390.0实施例3机械合金化过程所用压力0.8MPa，转速为400rpm，时间为132h，成型剂聚乙烯醇的加入量为8wt％，压制成型所用压力为250MPa，脱脂工序在真空度高于5Pa的条件下进行，保温温度为400℃，保温时间为6h。真空烧结的真空度高于1.0×10-1Pa，烧结温度为1480℃，保温时间为80min，热等静压炉中所用氩气压力为150MPa，处理温度1350℃，保温时间为50min。在上述制备工艺条件下，不同成分配比的金属陶瓷的性能见表6。表6 采用工艺3制备出的不同金属陶瓷的性能成分 1#2#3#4#抗弯强度σb(MPa) 2504257226012609硬度(HRA) 91.790.890.590.权利要求1.一种复合金属陶瓷，其成份重量百分比为25≤Ti≤30，6≤C≤8.5，25≤Ni≤40，12≤Mo≤20，2≤N≤3，5≤W≤10，0.4≤Cr≤1.0。2.一种如权利要求1所述的复合金属陶瓷的制备方法，依次包括如下步骤；(1)将单质元素Ti、C、Ni、Mo粉末混合，其成分重量配比为25≤Ti≤28，6.5≤C≤7，25≤Ni≤40，12≤Mo≤20，用机械合金化制备包括纳米级的TiCx和NiMo固溶体的混合物，再将其与TiN、WC、Cr3C2、C粉一起配制成符合最终重量比例的混合料，(2)加入成型剂，压制成型，脱脂，(3)然后经真空烧结和热等静压处理而成。3.如权利要求2所述的复合金属陶瓷的制备方法，其特征为(1)机械合金化在氩气保护下进行，(2)所加入成型剂为聚乙烯醇，(3)脱脂工序在真空炉中进行，(4)热等静压处理在氩气保护下进行。4.如权利要求3所述的复合金属陶瓷的制备方法，其特征为(1)机械合金化过程所用氩气纯度≥99.99％、压力0.2-0.8MPa，转速为350-400rpm，时间为96-132h，(2)成型剂加入比例为混合料的4wt％-8wt％，压制成型所用压力为250-400MPa，(3)脱脂工序在真空度高于5Pa的条件下进行，在400-600℃之间保温6-10h。(4)真空烧结的真空度高于1.0×10-1Pa，烧结温度为1410-1480℃，保温时间为40-80min，(5)热等静压炉中所用氩气压力为100-150MPa，处理温度1350-1400℃，时间为30-50min。全文摘要一种,属于陶瓷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合金属陶瓷，其成份重量百分比为：２５≤Ｔｉ≤３０，６≤Ｃ≤８．５，２５≤Ｎｉ≤４０，１２≤Ｍｏ≤２０，２≤Ｎ≤３，５≤Ｗ≤１０，０．４≤Ｃｒ≤１．０。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：熊惟皓，郑勇，李晨辉，宋校军，胡耀波，周凤云，张杰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]