一种含金属间化合物粘结相的金属陶瓷材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含金属间化合物粘结相的金属陶瓷材料的制备方法，其特征是先制备Ni(OH)2包覆Al的复合粘结相，和Ni(OH)2包覆(Ti0.5,Mox,W0.5‑x)(C,N)颗粒(其中x＝0～0.5)的复合硬质相,二者混合后经过球磨、过滤、干燥等工序后压制成型，最后进行两段气氛烧结，即在低温下Ar/H2气氛中Ni(OH)2转化成Ni，在高温下真空烧结Ni与Al发生反应形成Ni3Al，最终制成含金属间化合物粘结相的金属陶瓷材料。本发明专利技术克服了现有的技术中Al易氧化，破碎和均匀分散困难、易挥发损失和烧结迁移易形成孔隙的问题，在烧结过程中原位形成Ni3Al相，且实现在硬质相周围的均匀分布，制备出的金属陶瓷材料可用于切削刀具与抗氧化的零部件制造。

Method for preparing metal ceramic material containing intermetallic compound bonding phase

The invention discloses a method for preparing a metal containing compound bonding phase metal ceramic material, which comprises the following steps: preparation of Ni (OH) 2 coated Al composite bonded phase, and Ni (OH) 2 (Ti0.5, Mox, W0.5 coated x (C), N (x) particles = 0 ~ 0.5) composite hard phase, two mixed by ball milling, filtering, drying after molding, and finally the two section of the atmosphere sintering, namely in the atmosphere at a low temperature Ar/H2 Ni (OH) 2 into Ni, Al and Ni in high temperature sintering in vacuum reacts to form the final Ni3Al. Made of metal ceramic materials containing intermetallic compound binder phase. The invention overcomes the shortcomings of existing technology in Al oxidation, broken and dispersed, difficult volatile loss and sintering formation pore moved transformation, in the process of sintering in situ formation of Ni3Al phase, and uniformly distributed in the hard phase around the metal ceramic material prepared can be used for cutting tools and antioxidant components manufacturing.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种金属陶瓷材料的制备方法，特别是含金属间化合物粘结相的金属陶瓷材料的制备方法，属于硬质材料和切削刀具领域。
技术介绍
金属陶瓷是由TiC、TiN等硬质相以及钴镍等粘结相组成的，因其具有较高的硬度、耐磨性、红硬性以及优良的化学稳定性和低的摩擦系数而受到国内外普遍关注，金属陶瓷已在日本等国家的切削刀具中得到广泛应用。金属陶瓷中粘结相主要用于改善陶瓷的韧性，但切削过程的高温下金属粘结相软化严重，使金属陶瓷性能降低。为进一步提高金属陶瓷材料的性能和延长其使用寿命，在此方面的研究和应用也日益增多。金属间化合物中原子的长程有序排列以及金属键与共价键共存的特征使其同时兼有金属的塑性和陶瓷的高温强度从而成为一种比较有潜力的高温材料，将其用作金属陶瓷的粘结相将提高金属陶瓷性能。CN201510459684.6公开了一种采用Ni3Al为粘结剂的TiC基金属陶瓷制备方法，其成分为TiC29％～46.2％、Mo8％～10％、WC20％～25％、石墨0.8％～1.0％、含B的Ni3Al25％～30％；其制备方法是先按质量百分比Ni87.23％～87.93％、Al12.07％～12.67％、B0.5％～1.0％，将Ni、Al和B粉混合，对混合料进行球磨后，加入酒精湿磨，获得成分均匀的混合料料浆；混合料料浆经真空干燥、过筛，获得含B的Ni3Al粉；再经过球磨混料步骤、模压成形步骤和真空烧结步骤，制成采用Ni3Al为粘结剂的TiC基金属陶瓷。可见，目前引入Ni3Al的方法是基于Ni、Al粉末的混合高能球磨机械合金化形成。此种方法存在着以下问题：如Al球磨过程中易氧化，Al粉发生塑性变形呈片状而破碎分散困难，生成的Ni3Al在后续的球磨过程中均匀分散困难等问题。
技术实现思路
本专利技术针对目前制备含金属间化合物粘结相的金属陶瓷材料采用Ni、Al粉末高能球磨后以Ni3Al粉末形式加入的方法存在的Al球磨过程中易氧化，Al粉发生塑性变形呈片状而破碎分散困难，生成的Ni3Al在后续的球磨过程中均匀分散困难等问题，提出采用先制备Ni(OH)2包覆Al的复合粘结相，和Ni(OH)2包覆(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)颗粒(其中x＝0～0.5)的复合硬质相,二者混合后经过球磨、过滤、干燥等工序后压制成型，最后进行两段气氛烧结，即在低温下Ar/H2气氛中Ni(OH)2转化成Ni，在高温下真空烧结Ni与Al发生反应形成Ni3Al，最终制成含金属间化合物粘结相的金属陶瓷材料。本专利技术的含金属间化合物粘结相的金属陶瓷材料的制备方法，其特征在于依次包含以下步骤：(1)Ni(OH)2包覆Al的复合粘结相制备：先将C16H33(CH3)3NBr，正己醇，正己烷加入到去离子水中，按重量百分含量C16H33(CH3)3NBr占14％～29％，正己醇占5％～13％，正己烷占6％～14％，其余为去离子水，用磁力搅拌器在60～90℃下搅拌3～10h,然后放置10～24h，配制形成微乳液；以配制的微乳液为溶剂，加入粒度为100～300nm的Al粉，Al的摩尔浓度为0.1～1.5mol/L,超声处理0.5～2h形成Al粉悬浊液；以配制的微乳液为溶剂，加入NiCl2，NiCl2的摩尔浓度为0.1～1mol/L，加入氨水调节溶液pH值到8～9，用磁力搅拌器在60～90℃下搅拌3～12h,然后放置10～24h形成Ni(OH)2溶胶，用于包覆Al和(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)(其中x＝0～0.5)；最后将Ni(OH)2溶胶滴加到中Al粉悬浊液中，Al与Ni(OH)2溶胶的摩尔比为1:5～1:3，用磁力搅拌器在60～90℃下搅拌3～12h,得到Ni(OH)2包覆Al的复合粘结相；(2)Ni(OH)2包覆(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)的复合硬质相制备：将粒度为0.9～1.5μm的(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)加入乙醇中，(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)与乙醇的质量比为1:4～1:3，球磨48～72h后再添加0.5～1wt％的吐温80并超声处理0.5～2h，制成(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)料浆；然后将Ni(OH)2溶胶滴加到(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)料浆中，(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)与Ni(OH)2溶胶的摩尔比为5:1～10:1，用磁力搅拌器在60～90℃下搅拌3～12h,得到Ni(OH)2包覆(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)的复合硬质相；(3)金属陶瓷混合粉末制备与金属陶瓷生坯制备：将Ni(OH)2包覆Al的复合粘结相与Ni(OH)2包覆(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)的复合硬质相混合，并按复合粘结相中的Ni(OH)2与复合硬质相中的(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)的摩尔比为1:2～1:4进行混合，然后球磨12～36h，经400目筛网过滤后在100～150℃干燥1～3h，金属陶瓷混合粉末经过100目过筛，按金属陶瓷混合粉末重量的5～10wt％掺入丁钠橡胶成型剂，经过80目过筛后在200～400MPa压力下压制成型得到金属陶瓷生坯；(4)两阶段气氛烧结形成含金属间化合物粘结相的金属陶瓷材料：金属陶瓷生坯先以Ar/H2为烧结气氛在550～650℃烧结2～4h，使包覆层中的Ni(OH)2转化为Ni；然后在1400～1600℃真空烧结1～3h使Ni与Al发生反应而原位形成Ni3Al含金属间化合物粘结相的金属陶瓷。本专利技术的含金属间化合物粘结相的金属陶瓷材料的制备方法，其进一步的特征在于：(1)C16H33(CH3)3NBr，正己醇，正己烷、NiCl2、吐温80、乙醇和氨水均为分析纯；(2)制备Ni(OH)2包覆Al的复合粘结相与Ni(OH)2包覆(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)的复合硬质相过程中，磁力搅拌的速度为20～60r/min；(3)金属陶瓷混合粉末制备与金属陶瓷生坯制备中球磨时采用Φ6mm的WC-6wt％Co硬质合金球,硬质合金球的重量为(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)粉末的3～5倍；(4)两阶段气氛烧结形成含金属间化合物粘结相的金属陶瓷材料时的升温速度为5～15℃/min，反应结束后的降温速度为5～15℃/min，所用的Ar/H2中H2含量为5vol％，压力为0.5MPa，真空烧结时真空度为0.5～5Pa。本专利技术的优点在于：(1)以包覆方式形成Ni(OH)2包覆Al的粘结相先驱体，并烧结过程中原位形成Ni3Al相，且实现在硬质相周围的均匀分布，因此避免了混合高能球磨法存在的如球磨过程中Al易氧化，Al粉发生塑性变形粒度控制以及球磨均匀分散控制困难的问题。(2)Ni源分别包覆Al源和(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N),因此，使Al源不能与(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)在烧结早期接触而发生反应，Al源主要形成Ni3Al，从而避免了硬质相(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)分解和TiAl等金属间化合物的生成而破坏硬质相和恶化金属陶瓷性能。(3)Al不是单独存在而是被包覆在Ni内部，因此，Al的挥发损失和迁移形成孔隙等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含金属间化合物粘结相的金属陶瓷材料的制备方法，其特征在于依次包含以下步骤：(1)Ni(OH)2包覆Al的复合粘结相制备：先将C16H33(CH3)3NBr，正己醇，正己烷加入到去离子水中，按重量百分含量C16H33(CH3)3NBr占14％～29％，正己醇占5％～13％，正己烷占6％～14％，其余为去离子水，用磁力搅拌器在60～90℃下搅拌3～10h,然后放置10～24h，配制形成微乳液；以配制的微乳液为溶剂，加入粒度为100～300nm的Al粉，Al的摩尔浓度为0.1～1.5mol/L,超声处理0.5～2h形成Al粉悬浊液；以配制的微乳液为溶剂，加入NiCl2，NiCl2的摩尔浓度为0.1～1mol/L，加入氨水调节溶液pH值到8～9，用磁力搅拌器在60～90℃下搅拌3～12h,然后放置10～24h形成Ni(OH)2溶胶，用于包覆Al和(Ti0.5,Mox,W0.5‑x)(C,N)(其中x＝0～0.5)；最后将Ni(OH)2溶胶滴加到中Al粉悬浊液中，Al与Ni(OH)2溶胶的摩尔比为1:5～1:3，用磁力搅拌器在60～90℃下搅拌3～12h,得到Ni(OH)2包覆Al的复合粘结相；(2)Ni(OH)2包覆(Ti0.5,Mox,W0.5‑x)(C,N)的复合硬质相制备：将粒度为0.9～1.5μm的(Ti0.5,Mox,W0.5‑x)(C,N)加入乙醇中，(Ti0.5,Mox,W0.5‑x)(C,N)与乙醇的质量比为1:4～1:3，球磨48～72h后再添加0.5～1wt％的吐温80并超声处理0.5～2h，制成(Ti0.5,Mox,W0.5‑x)(C,N)料浆；然后将Ni(OH)2溶胶滴加到(Ti0.5,Mox,W0.5‑x)(C,N)料浆中，(Ti0.5,Mox,W0.5‑x)(C,N)与Ni(OH)2溶胶的摩尔比为5:1～10:1，用磁力搅拌器在60～90℃下搅拌3～12h,得到Ni(OH)2包覆(Ti0.5,Mox,W0.5‑x)(C,N)的复合硬质相；(3)金属陶瓷混合粉末制备与金属陶瓷生坯制备：将Ni(OH)2包覆Al的复合粘结相与Ni(OH)2包覆(Ti0.5,Mox,W0.5‑x)(C,N)的复合硬质相混合，并按复合粘结相中的Ni(OH)2与复合硬质相中的(Ti0.5,Mox,W0.5‑x)(C,N)的摩尔比为1:2～1:4进行混合，然后球磨12～36h，经400目筛网过滤后在100～150℃干燥1～3h，金属陶瓷混合粉末经过100目过筛，按金属陶瓷混合粉末重量的5～10wt％掺入丁钠橡胶成型剂，经过80目过筛后在200～400MPa压力下压制成型得到金属陶瓷生坯；(4)两阶段气氛烧结形成含金属间化合物粘结相的金属陶瓷材料：金属陶瓷生坯先以Ar/H2为烧结气氛在550～650℃烧结2～4h，使包覆层中的Ni(OH)2转化为Ni；然后在1400～1600℃真空烧结1～3h使Ni与Al发生反应而原位形成Ni3Al含金属间化合物粘结相的金属陶瓷。...

【技术特征摘要】
1.一种含金属间化合物粘结相的金属陶瓷材料的制备方法，其特征在于依次包含以下步骤：(1)Ni(OH)2包覆Al的复合粘结相制备：先将C16H33(CH3)3NBr，正己醇，正己烷加入到去离子水中，按重量百分含量C16H33(CH3)3NBr占14％～29％，正己醇占5％～13％，正己烷占6％～14％，其余为去离子水，用磁力搅拌器在60～90℃下搅拌3～10h,然后放置10～24h，配制形成微乳液；以配制的微乳液为溶剂，加入粒度为100～300nm的Al粉，Al的摩尔浓度为0.1～1.5mol/L,超声处理0.5～2h形成Al粉悬浊液；以配制的微乳液为溶剂，加入NiCl2，NiCl2的摩尔浓度为0.1～1mol/L，加入氨水调节溶液pH值到8～9，用磁力搅拌器在60～90℃下搅拌3～12h,然后放置10～24h形成Ni(OH)2溶胶，用于包覆Al和(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)(其中x＝0～0.5)；最后将Ni(OH)2溶胶滴加到中Al粉悬浊液中，Al与Ni(OH)2溶胶的摩尔比为1:5～1:3，用磁力搅拌器在60～90℃下搅拌3～12h,得到Ni(OH)2包覆Al的复合粘结相；(2)Ni(OH)2包覆(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)的复合硬质相制备：将粒度为0.9～1.5μm的(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)加入乙醇中，(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)与乙醇的质量比为1:4～1:3，球磨48～72h后再添加0.5～1wt％的吐温80并超声处理0.5～2h，制成(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)料浆；然后将Ni(OH)2溶胶滴加到(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)料浆中，(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)与Ni(OH)2溶胶的摩尔比为5:1～10:1，用磁力搅拌器在60～90℃下搅拌3～12h,得到Ni(OH)2包覆...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨梅，祈凯锋，冯再，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：四川;51