采用Ni-Cu连续固溶体作粘结相的Ti基金属陶瓷材料制造技术

本发明专利技术公开了一种采用Ni‑Cu连续固溶体作粘结相的Ti基金属陶瓷材料，其组分重量百分比为：添加相：0％～45％，粘结相：10％～50％，余量为硬质相，各组分重量百分比之和为100％；所述添加相为WC、(Ti,W)C、Mo、Mo2C、TaC、NbC、Cr、Cr3C2、VC等其中的一种或多种；所述粘结相为Cu‑Ni连续固溶体加Co，且Cu含量÷(Ni+Co)含量≤1，Co含量≤Ni含量；所述硬质相为TiC、TiN和Ti(C,N)中的一种或多种。本发明专利技术通过引入Ni‑Cu能无限互溶形成连续固溶体的设计思路，制备了一种生产成本低、密度小、强韧性好、耐磨性和耐腐蚀性能优越，且可大规模生产的金属陶瓷材料，该金属陶瓷材料可在更大范围内代替WC‑Co类硬质合金，是一种非常有前途的新材料。

Using Ni Cu continuous solid solution as the binder phase Ti base metal ceramic material

The invention discloses a method for using Ni Cu continuous solid solution as the binder phase Ti base metal ceramic material and its components in weight percentage: add phase: 0% ~ 45%, 10% ~ 50%, the bonding phase margin for hard phase, the components and weight percentage is 100%; the added phase WC, (Ti, W) one or more C, Mo, Mo2C, TaC, NbC, Cr, Cr3C2, VC and so on; the bonded phase is Cu Ni continuous solid solution with Co, and the content of Cu / (Ni+Co) content less than 1, the content of Co is less than or equal to the Ni content; the hard phase is TiC and TiN and Ti (C, N) in one or more. By introducing the Ni Cu unlimited intersolubility design idea of continuous solid solution, preparation of a low production cost, low density, good toughness, wear resistance and corrosion resistance performance, metal ceramic material and can be used for large-scale production, the metal ceramic material can be replaced in a wider range WC Co hard alloy, is a kind of new material is very promising.

【技术实现步骤摘要】
采用Ni-Cu连续固溶体作粘结相的Ti基金属陶瓷材料
本专利技术属于Ti基金属陶瓷材料
，具体涉及一种采用Ni-Cu连续固溶体作粘结相的Ti基金属陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
金属切屑是零件成型的主要加工手段之一，在制造业中占有十分重要的地位。Ti基金属陶瓷是一类以TiC、TiN和Ti(C,N)的单一或者混合粉为硬质相，以Co、Ni和Mo等金属为粘结相构成，具有较高的红硬性、耐磨性以及较好的抗氧化能力，是用来制作高速高效切屑刀具的理想候选材料，但是其强韧性不足，制约了TiC、TiN和Ti(C,N)基金属陶瓷材料的推广应用。TiC、TiN和Ti(C,N)基金属陶瓷常用Ni作为粘结金属，由于粘结相Ni强度和硬度较差，TiC、TiN和Ti(C,N)基金属陶瓷通常的抗弯强度在1000～2000MPa之间，而常用的WC-Co类硬质合金的抗弯强度在1800～3500MPa之间，但是由于W和Co资源短缺，开发无钨金属陶瓷显得十分迫切。TiC、TiN和Ti(C,N)基金属陶瓷主要原料资源丰富，成本低，但是其强韧性与WC-Co类硬质合金强韧性还存在较大的差距，目前只是在切屑刀具领域作为WC-Co类硬质合金的替代材料，在WC-Co类硬质合金其它的领域如钻探领域还没有实现良好的运用，因而如何提高TiC、TiN和Ti(C,N)基金属陶瓷的强韧性，是一个研究的热点。
技术实现思路
本专利技术针对TiC、TiN和Ti(C,N)基金属陶瓷材料强韧性不足的缺陷，提供了一种采用Ni-Cu连续固溶体作粘结相的Ti基金属陶瓷材料，以达到有效提高TiC、TiN和Ti(C,N)基金属陶瓷材料的致密度、强韧性和耐磨性等性能并能降低成本的目的。本专利技术提供的这种采用Ni-Cu连续固溶体作粘结相的Ti基金属陶瓷材料，其组分重量百分比为：添加相：0％～45％，粘结相：10％～50％，余量为硬质相，各组分重量百分比之和为100％；所述添加相为WC、(Ti,W)C、Mo、Mo2C、TaC、NbC、Cr、Cr3C2、VC中的一种或多种；所述硬质相为TiC、TiN和Ti(C,N)中的一种或多种；所述粘结相为Cu-Ni连续固溶体加Co，且Cu含量÷(Ni+Co)含量≤1，Co含量≤Ni含量。为进一步提高金属陶瓷材料的强韧性，所述采用Ni-Cu连续固溶体作粘结相的Ti基金属陶瓷材料，其组分重量百分比优选为：添加相：15％～40％；粘结相：12％～30％；余量为硬质相WC，各组分重量百分比之和为100％。为了使金属陶瓷具有更好的强度和韧性，所述金属陶瓷材料的粘结相中Cu、Ni、Co三者的比例优选为Cu:(Ni+Co)＝1:2～1:20。所述Ti基金属陶瓷材料的优选成分组成为：35％TiC，35％(Ti/W)C，15％Ni，10％Cu，5％Co。本专利技术提供的采用Ni-Cu连续固溶体作粘结相的Ti基金属陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将原料按照配比进行称料后，放入球磨机进行湿磨；(2)球磨后的浆料，通过喷雾干燥法，进行干燥，然后对干燥后物料进行压制和烧结，得到金属陶瓷材料。所述步骤(1)球磨工艺参数是：步骤(1)中球磨工艺参数是：球磨机中球料比为4:1～8:1；球磨速度为33～40r/min；球磨介质为酒精，酒精和原料的重量比为1:1.5～1:3；球磨时间为20～40h；成型剂为石蜡，石蜡与原料的重量比为1:25～1:35。所述步骤(2)模压压力为100～200MPa，烧结的炉压为4～8MPa，烧结温度为1350～1450℃，保温时间0.5～3h。单质Cu作为TiC、TiN和Ti(C,N)基金属陶瓷材料的粘结相，金属陶瓷具有较高的强度，但单质Cu存在对硬质相的润湿性差，因而金属陶瓷材料中Cu含量不能太高；Ni的强度较弱，但其耐腐蚀性能优越，其余整体性能比Co差很多，在Cu-Ni固溶体粘结相中加入Co，可以进一步提高金属陶瓷材料的强韧性和硬度。本专利技术采用Ni-Cu连续固溶体加Co作为粘结相，保证Ni-Cu连续固溶体对硬质相的润湿角基本与Ni对硬质相的润湿角相近，此外，本专利技术金属陶瓷中还可加入WC、(Ti,W)C、Mo、Mo2C、TaC、NbC、Cr、Cr3C2、VC等调节材料的润湿角、晶粒度、强韧性、硬度等指标，进一步提升金属陶瓷的性能。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术的金属陶瓷材料采用Cu-Ni连续固溶体加Co作粘结相，可以提高Cu在金属陶瓷中的含量，从而提高金属陶瓷材料的强韧性，而且Cu-Ni原料价格低廉，密度轻，可以降低金属陶瓷材料的生产成本。(2)本专利技术的金属陶瓷材料可采用常规硬质合金生产工艺生产，适于大规模工业化生产，能在更大范围内代替WC-Co类硬质合金，是一种非常有前途的新材料。附图说明图1是本专利技术的Ni-Cu连续固溶体作粘结相的金属陶瓷材料的金相照片。图2是本专利技术的Ni-Cu连续固溶体作粘结相的金属陶瓷材料的扫描照片。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术作进一步描述。实施例1按质量百分比50TiC-25Ni-24Cu-1Co称料后，在球磨机进行湿磨，球料重量比为5:1，球磨转速为33r/min，球磨介质为酒精，酒精和原料的重量比为1:2，成型剂为石蜡，石蜡与原料的重量比为1:25，球磨时间为30h；球磨后过滤，接着通过喷雾干燥，得合金粉末混合物。然后将合金粉末混合物压制，模压压力为150MPa，最后进行烧结，烧结温度为1380℃，烧结的炉压为4MPa，保温时间1.5h，其性能测试结果如下表所示：实施例2按质量百分比50TiC-19Ni-19Cu-10Co-2Mo2C称料后，在球磨机进行湿磨，球料重量比为4:1，球磨转速为37r/min，球磨介质为酒精，酒精和原料的重量比为1:1.5，成型剂为石蜡，石蜡与原料的重量比为1:30，球磨时间为20h；球磨后过滤，接着通过喷雾干燥，得合金粉末混合物。然后将合金粉末混合物压制，模压压力为100MPa，最后进行烧结，烧结温度为1400℃，烧结的炉压为5MPa，保温时间0.5h，其性能测试结果如下表所示：实施例3按质量百分比35TiC-35(Ti/W)C-15Ni-10Cu-5Co称料后，在球磨机进行湿磨，球料重量比为8:1，球磨转速为40r/min，球磨介质为酒精，酒精和原料的重量比为1:3，成型剂为石蜡，石蜡与原料的重量比为1:35，球磨时间为40h；球磨后过滤，接着通过喷雾干燥，得合金粉末混合物。然后将合金粉末混合物压制，模压压力为200MPa，最后进行烧结，烧结温度为1450℃，烧结的炉压为8MPa，保温时间3h，其性能测试结果如下表所示：实施例4按质量百分比38(TiC-TiN)-38(Ti/W)C-12Ni-5Cu-6.5Co-0.5Mo2C称料后，在球磨机进行湿磨，球料重量比为7:1，球磨转速为36r/min，球磨介质为酒精，酒精和原料的重量比为1:2.5，成型剂为石蜡，石蜡与原料的重量比为1:29，球磨时间为33h；球磨后过滤，接着通过喷雾干燥，得合金粉末混合物。然后将合金粉末混合物压制，模压压力为145MPa，最后进行烧结，烧结温度为1350℃，烧结的炉压为6MPa，保温时间2h，其性能测试结果如下表所示：实施例5按质量百分比40Ti(C，N)-40(Ti/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用Ni‑Cu连续固溶体作粘结相的Ti基金属陶瓷材料，其组分重量百分比为：添加相：0％～45％，粘结相：10％～50％，余量为硬质相，各组分重量百分比之和为100％；所述添加相为WC、(Ti,W)C、Mo、Mo2C、TaC、NbC、Cr、Cr3C2、VC等其中的一种或多种；所述粘结相为Cu‑Ni连续固溶体加Co，且Cu含量÷(Ni+Co)含量≤1，Co含量≤Ni含量；所述硬质相为TiC、TiN和Ti(C,N)中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种采用Ni-Cu连续固溶体作粘结相的Ti基金属陶瓷材料，其组分重量百分比为：添加相：0％～45％，粘结相：10％～50％，余量为硬质相，各组分重量百分比之和为100％；所述添加相为WC、(Ti,W)C、Mo、Mo2C、TaC、NbC、Cr、Cr3C2、VC等其中的一种或多种；所述粘结相为Cu-Ni连续固溶体加Co，且Cu含量÷(Ni+Co)含量≤1，Co含量≤Ni含量；所述硬质相为TiC、TiN和Ti(C,N)中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的采用Ni-Cu连续固溶体作粘结相的Ti基金属陶瓷材料，其特征在于，其组分重量百分比为：添加相：15％～40％；粘结相：12％～30％；余量为硬质相WC，各组分重量百分比之和为100％。3.根据权利要求2所述的采用Ni-Cu连续固溶体作粘结相的Ti基金属陶瓷材料，其特征在于，所述粘结相中的Cu、Ni、Co的比例为Cu:(Ni+Co)＝1:2～1:20。4.根据权利要求3所述的采用Ni-Cu连续固溶体作粘结相的Ti基金属陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述Ti基金属陶瓷材料的组成成分为：35％TiC，35％(Ti/W...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔德方，余怀民，金鹏，王立明，饶承毅，
申请(专利权)人：株洲硬质合金集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43