一种超细晶粒金属陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超细晶粒金属陶瓷及其制备方法，尤其涉及超细晶粒Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法。所述超细晶粒金属陶瓷；以质量百分比计包括下述组分：基体相40‑85％；增强相5‑25％；粘结相8‑30％；添加相余量；所述基体相为Ti(C,N)；所述添加相即第二类碳化物，其为周期表第4、5、6过渡族金属元素的碳化物、氮化物、碳氮化物及碳氮化物固溶体中的一种或多种化合物构成；所述增强相包括纳米TiC颗粒和纳米TiC晶须，所述纳米TiC颗粒和纳米TiC晶须的质量比为0.1‑10：1。本发明专利技术组份设计合理，制备工艺简单，所得产品性能优良，便于大规模的工业化应用。

A superfine grain cermet and its preparation method

The invention discloses a superfine grain cermet and its preparation method, in particular to the superfine grain Ti (C, N) - based cermet and its preparation method. The ultra-fine grain metals ceramics; to the quality percentage comprises the following components: the matrix phase 40 85%; 5 reinforced phase 25%; 8 binding phase 30%; adding phase margin; the matrix phase is Ti (C, N); the second phase is added to the periodic table fourth, fifth, sixth carbide. The transition metal carbide, nitride, carbon nitride and carbon nitride solid solution of one or more compounds in the body; the reinforcing phase including nano TiC particles and nano TiC whisker, the quality of the nano TiC particles and nano TiC whisker is 0.1 10:1. The composition of the invention is reasonable, the preparation process is simple, the product has excellent performance, and it is convenient for large-scale industrial application.

【技术实现步骤摘要】
一种超细晶粒金属陶瓷及其制备方法
本专利技术公开了一种超细晶粒金属陶瓷及其制备方法，尤其涉及超细晶粒Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法。
技术介绍
Ti(C,N)基金属陶瓷具有较传统硬质合金更优异的高温性能，耐磨性能和化学稳定性能，同时还能节约大量战略“钨”资源。Ti(C,N)基金属陶瓷是以Ti(C,N)或TiC与TiN的混合粉末为硬质相，以Ni、Co、Mo等为粘结相，且通常还加入WC、Mo2C、TaC、NbC、Cr2C3、VC等过渡族金属碳化物来改善并提高材料的烧结和机械性能。高速切削是工业快速发展的必然结果，而刀具材料的高温性能是影响高速刀具技术发展的重中之重。然而当今国内Ti(C,N)基金属陶瓷刀具性能较日本等国家仍存在一定的差距。超细晶粒Ti(C,N)基金属陶瓷具有较常规Ti(C,N)基金属陶瓷更优异的机械性能，且具有较大的应用前景。目前该材料体系具有很高的硬度(>92HRA),且抗弯强度也较为理想(>2000MPa)，然而该材料韧性值较硬质合金差，如何获得韧性较高的超细晶粒Ti(C,N)是目前最值得关注的领域。晶须为一维形态的单晶体，具有高强度、韧性，对于脆性的陶瓷相具有较好的增强作用。目前，针对Ti(C,N)基金属陶瓷低韧性，国内外已有文献或专利采用SiC晶须、AlN晶须、碳纳米管等作为增强相，且取得了一定的积极效果。但上述增强相在Ti(C,N)基金属陶瓷中不稳定，易于在溶解析出过程中，被溶解消耗，从而失去晶须增强的初衷。同时，SiC晶须与添加相WC会生成脆性相WSi2，降低金属陶瓷的可烧结性能，并恶化材料机械性能。TiC晶须较上述增强相具有以下两个优势：①不掺入外来元素，体系最终成分和组织易于控制；②具有更优异的界面结合强度，可通过溶解析出形成环芯包覆结构。专利CN104018052A通过TiC晶须增强金属陶瓷，获得的较好的性能。但针对Ti(C,N)基体，TiC晶须较Ti(C,N)具有更高的溶解速率，尤其在金属相Ni-Co的作用下，TiC晶须稳定性不强，这使得产品性能不稳定，从而影响生产效率。本专利技术首次通过引入一定量的纳米TiC和TiC晶须的混合增强相，可以增加TiC晶须最终形态保有率，充分发挥TiC晶须在Ti(C,N)基金属陶瓷中的增强作用，保证了产品性能的稳定性。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有技术中超细晶Ti(C,N)基金属陶瓷韧性较低，且性能不稳定等问题，提供一种高强，高韧Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法。本专利技术一种超细晶粒金属陶瓷；以质量百分比计包括下述组分：基体相40-85％、优选为43-65％、更进一步优选为43-47％；增强相5-25％、优选为5-11％、更进一步优选为8-11％；粘结相8-30％、优选为10-25％、更进一步优选为12-18％；添加相余量；所述基体相为Ti(C,N)；所述添加相即第二类碳化物，其为周期表第4、5、6过渡族金属元素的碳化物、氮化物、碳氮化物及碳氮化物固溶体中的一种或多种化合物构成；所述增强相包括纳米TiC颗粒和纳米TiC晶须，所述纳米TiC颗粒和纳米TiC晶须的质量比为0.1-10：1、优选为0.2-5：1、更进一步优选为0.25-0.4：1；本专利技术一种超细晶粒金属陶瓷；添加相优选为WC、Mo2C、TaC、NbC、Cr3C2、(Ti，W)C、(Ta，Nb)C中的至少一种。进一步优选为由TaC、NbC、Cr3C2、(Ti，W)C、(Ta，Nb)C中的至少一种与WC、Mo2C组成的混合物。作为进一步的优选方案，添加相由WC、Mo2C、TaC按质量比18：8：5组成。本专利技术一种超细晶粒金属陶瓷；粘结相优选为金属Co、Ni、Fe、Cr、Mn、Mo中的至少一种。本专利技术一种超细晶粒金属陶瓷；其硬度为91.5-94HRA、抗弯强度为2000-3100MPa、断裂韧性为12.0-17.0MPa/m2、密度为6.0-7.5g/cm3、截线晶粒尺寸<0.8μm。本专利技术一种超细晶粒金属陶瓷的制备方法，包括下述步骤：步骤一按设计组分配取基体相粉末、增强相粉末、粘结相粉末、添加相粉末作为原料；按原料总质量的2.5-3.5％配取成型剂，混合均匀后，得到混合粉末；步骤二将步骤一所得混合粉末压制成型后，进行脱蜡处理，脱蜡处理后，在保护气氛或真空条件下，于1400-1500℃进行烧结，得到成品。作为优选方案，本专利技术一种超细晶粒金属陶瓷的制备方法，步骤一中，基体相粉末的粒度为0.2-2.5微米。作为优选方案，本专利技术一种超细晶粒金属陶瓷的制备方法，步骤一中，增强相粉末由纳米TiC颗粒和TiC晶须按质量比0.25-0.4：1组成；所述纳米TiC颗粒的粒度为50-500纳米；所述TiC晶须的直径为200-800nm，长径比为10-200。作为优选方案，本专利技术一种超细晶粒金属陶瓷的制备方法，步骤一中，粘结相粉末的粒度为0.5-5微米。作为优选方案，本专利技术一种超细晶粒金属陶瓷的制备方法，步骤一中，添加相粉末的粒度为0.5-5微米。作为优选方案，本专利技术一种超细晶粒金属陶瓷的制备方法，步骤一中，按设计组分配取基体相粉末、增强相粉末、粘结相粉末、添加相粉末作为原料；按原料总质量的2.5-3.5％配取成型剂，先将配取的基体相粉末、粘结相粉末、添加相粉末置于球磨机中进行湿法球磨36-76h，然后加入增强相粉末球磨20-28小时，然后加入所配取的成型剂球磨，直至混合均匀，得到混合粉末。所述成型剂优选为石蜡。以防止粉末形貌的机械破损。作为优选方案，湿法球磨时，控制磨球和原料的质量比为7-15：1；湿法球磨时所用液体为有机溶剂，优选为乙醇。所述有机溶剂与原料的质量比为0.5-2：1。作为优选方案，将配取的基体相粉末、粘结相粉末、添加相粉末置于球磨机中，控制球磨转速为30-100转/min进行湿法球磨36-76h，然后加入增强相粉末，控制球磨转速为15-50转/min球磨20-28小时。在本专利技术中，加入增强相粉末后采用低转速球磨可以防止晶须断裂。优选方案，能尽可能的提高产品的性能。作为优选方案，本专利技术一种超细晶粒金属陶瓷的制备方法，步骤二中，将混合均匀的混合料物料经过掺胶制粒后进行压制，压制压力为200MPa。为了和现有技术相对接，压制成型时，采用常规粉末冶金压制工艺，即模压和挤压相结合的工艺。作为优选方案，本专利技术一种超细晶粒金属陶瓷的制备方法，步骤二中，脱蜡处理在真空度为0.01-10Pa的条件下进行，其在200-400℃之间的升温速度为0.3-0.5℃/min。作为优选方案，本专利技术一种超细晶粒金属陶瓷的制备方法，步骤二中，所述保护气氛为氮气气氛。作为优选方案，本专利技术一种超细晶粒金属陶瓷的制备方法，步骤二中，将步骤一所得混合粉末压制成型后，进行脱蜡处理，脱蜡处理后，在保护气氛或真空条件下，于1400-1500℃进行烧结50-80min，得到成品。本专利技术一种超细晶粒金属陶瓷的制备方法，所得产品可进行精加工，得到精准尺寸和设定形貌的产品。原理和优势本专利技术通过利用适量的混合增强相，通过控制混合增强相中纳米TiC颗粒，纳米TiC晶须的比例以及纳米TiC颗粒粒度和纳米TiC晶须的长径比，在其他组分的协同作用下，得到了性能优异的成品。本专利技术由于采用了混合增本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超细晶粒金属陶瓷；其特征在于；以质量百分比计包括下述组分：基体相 40‑85％；增强相 5‑25％；粘结相 8‑30％；添加相 余量；所述基体相为Ti(C,N)；所述添加相即第二类碳化物，其为周期表第4、5、6过渡族金属元素的碳化物、氮化物、碳氮化物及碳氮化物固溶体中的一种或多种化合物构成；所述增强相包括纳米TiC颗粒和纳米TiC晶须，所述纳米TiC颗粒和纳米TiC晶须的质量比为0.1‑10：1。

【技术特征摘要】
1.一种超细晶粒金属陶瓷；其特征在于；以质量百分比计包括下述组分：基体相40-85％；增强相5-25％；粘结相8-30％；添加相余量；所述基体相为Ti(C,N)；所述添加相即第二类碳化物，其为周期表第4、5、6过渡族金属元素的碳化物、氮化物、碳氮化物及碳氮化物固溶体中的一种或多种化合物构成；所述增强相包括纳米TiC颗粒和纳米TiC晶须，所述纳米TiC颗粒和纳米TiC晶须的质量比为0.1-10：1。2.根据权利要求1所述的一种超细晶粒金属陶瓷；其特征在于；以质量百分比计包括下述组分：基体相43-65％；增强相5-11％；粘结相10-25％；添加相余量；所述基体相为Ti(C,N)；所述添加相即第二类碳化物，其为周期表第4、5、6过渡族金属元素的碳化物、氮化物、碳氮化物及碳氮化物固溶体中的一种或多种化合物构成；所述增强相包括纳米TiC颗粒和纳米TiC晶须，所述纳米TiC颗粒和纳米TiC晶须的质量比为0.2-5：1。3.根据权利要求2所述的一种超细晶粒金属陶瓷；其特征在于；以质量百分比计包括下述组分：基体相43-47％；增强相8-11％；粘结相12-18％；添加相余量；所述基体相为Ti(C,N)；所述添加相即第二类碳化物，其为周期表第4、5、6过渡族金属元素的碳化物、氮化物、碳氮化物及碳氮化物固溶体中的一种或多种化合物构成；所述增强相包括纳米TiC颗粒和纳米TiC晶须，所述纳米TiC颗粒和纳米TiC晶须的质量比为0.25-0.4：1。4.根据权利要求1所述的一种超细晶粒金属陶瓷；其特征在于；添加相选自WC、Mo2C、TaC、NbC、Cr3C2、(Ti，W)C、(Ta，Nb)C中的至少一种；粘结相优为金属Co、Ni、Fe、Cr、Mn、Mo中的至少一种。5.根据权利要求1所述的一种超细晶粒金属陶瓷；其特征在于；添加相由WC、Mo2C、TaC按质量比18：8：5组成。6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种超...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚胜林，熊慧文，
申请(专利权)人：株洲金锐美新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43