Ti(C，N)基金属陶瓷及用于制备其的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Ti(C，N)基金属陶瓷，其以Ti(C，N)、TiC、WC、TaNbC、Mo2C和Cr3C2为硬质相，以Co、Ni为粘结相，以Co‑Rh‑Os中间合金为添加剂；Ti(C，N)基金属陶瓷材料的组成组分以重量百分数为计为：Ti(C，N)为45~60%，TiC为1~5%，WC为12~18%，TaNbC为6~12%，Mo2C为5~12%，Cr3C2为0.3~1%，Co为6~11%，Ni为3~8%，中间合金为1~5%。

Ti (C, N) based cermet and preparation methods for preparation

The invention discloses a Ti (C, N) - based cermets, the Ti (C, N), TiC, WC, TaNbC, Mo2C and Cr3C2 as the hard phase, Co, Ni to Co Rh binding phase, Os intermediate alloy additives; Ti (C, N). Group based cermets by weight percent the number of gauge: Ti (C, N) 45~60%, TiC 1~5%, WC 12~18%, TaNbC 6~12%, Mo2C 5~12%, Cr3C2 0.3~1%, Co 6~11%, Ni 3~8%, 1~5% intermediate alloy.

【技术实现步骤摘要】
Ti(C，N)基金属陶瓷及用于制备其的制备方法
本专利技术涉及粉末冶金领域，具体涉及一种Ti(C，N)基金属陶瓷及用于制备其的制备方法。
技术介绍
金属陶瓷是一种由金属或合金同一种或多种陶瓷相所组成的非均质复合材料，且在制备温度下，金属相与陶瓷相间溶解度是很小的。在工程领域，为区分硬质合金、钢结合金等，仅将陶瓷相主要为TiC或Ti(C，N)的复合材料称之为金属陶瓷。与传统硬质合金相比，Ti(C，N)基金属陶瓷不仅具有密度低、硬度高、化学稳定性、抗氧化性好和抗蠕变性能优良等特点，还有着对钢的摩擦系数小、能抗切削粘结以及理想的抗月牙洼磨损能力等优点，加之Ti(C，N)基金属陶瓷刀片高的切削刃强度和锐度，所加工工件具有良好的表面质量，特别适合近净成形技术和薄壁件的加工。此外，由于Ti(C，N)基金属陶瓷比重小、高温力学性能和耐酸碱腐蚀性能优异，还可应用于航空航天喷气发动机、涡轮发动机等领域，以及石油、采矿等工业中易磨损腐蚀部件，如活塞环、油路管道油嘴、热喷嘴、密封环等。但就使用性能来讲，Ti(C，N)基金属陶瓷尚存在强度和韧性不足的弱点，这一弱点不仅影响其使用寿命，而且也使它的使用范围受到限制。因此如何提高Ti(C，N)基金属陶瓷的强韧性就成为材料工作者所关注的问题。而Ti(C，N)基金属陶瓷的耐磨性和韧性之间相互矛盾，而非均匀结构材料可以两者兼顾，使材料的成分和显微组织结构呈阶梯分布，在表层形成硬质相富集区，而在组织内部形成粘结相富集区。用物理涂层或化学涂层的方法在基体材料表面生成耐磨涂层是常用方法之一，但此类方法制备材料的表面与基体之间在成分和微观结构等都存在明显界面，两者的热膨胀系数亦存在区别，因此表面硬化层容易产生裂纹，甚至脱落。综上可知，现需提供一种梯度结构的高强韧性Ti(C，N)基金属陶瓷的Ti(C，N)基金属陶瓷及用于制备其的制备方法。
技术实现思路
为此，本专利技术提供了一种Ti(C，N)基金属陶瓷，其以Ti(C，N)、TiC、WC、TaNbC、Mo2C和Cr3C2为硬质相，以Co、Ni为粘结相，以Co-Rh-Os中间合金为添加剂；Ti(C，N)基金属陶瓷材料的组成组分以重量百分数为计为：所述中间合金的组成组分以重量百分数为计为：Rh10～30％，Os5～15％，Co55～75％。在上述基础上，提供一种上述用于制备Ti(C，N)基金属陶瓷的制备方法，其包括以下步骤：步骤一、制备中间合金粉末；步骤二、将Ti(C，N)粉、TiC粉、WC粉、TaNbC粉、Mo2C粉、Cr3C2粉、Co粉、Ni粉，以及步骤一制得的中间合金粉末按重量百分比进行配料；步骤三、将所述步骤二配料所得的原料添加成型剂后球磨混合均匀，并喷雾干燥制粒；步骤四、将所述步骤三得到的混合料模压成型，获得Ti(C，N)基金属陶瓷压坯；步骤五、将所述步骤四得到的Ti(C，N)基金属陶瓷压坯进行气氛烧结，获得Ti(C，N)基金属陶瓷。在步骤一中，制备中间合金粉末时，以Co、Rh、Os为原料，按重量百分比为10～30％的Rh、5～15％的Os、余量为Co进行配料，采用熔炼法制备得到Co-Rh-Os中间合金熔体，将所述Co-Rh-Os中间合金熔体采用水雾化法制成Co-Rh-Os中间合金粉末。在步骤二中，所述Ti(C，N)中的摩尔碳氮比为：C∶N＝1∶1。在步骤二中，所述TaNbC为钽铌固溶体，其中，TaC与NbC的质量百分比为80％∶20％。步骤二中，Ti(C，N)粉的粒度小于1μm，中间合金粉末的粒度小于10μm，Co粉、Ni粉的粒度小于1.3μm，所述其它粉体的粒度小于5μm。在步骤三中，球磨混料的球料比为6∶1～12∶1，转速为52～80rpm，球磨时间为45～90h，球磨气氛为氩气；其中，成型剂为石蜡或PEG。在步骤四中，模压成型的压制压力为350～680Mpa。在步骤五中，所述气氛烧结为多阶段多气氛烧结；所述多阶段多气氛烧结包括负压脱蜡阶段+真空烧结阶段+第一次分压烧结阶段+液相烧结阶段+第二次分压烧结阶段。所述第一次分压烧结阶段为在1100～1330℃固相烧结阶段采用氩气分压烧结，其中分压压力为10～60mbar。所述第二次分压烧结阶段为从液相烧结结束到降温至1250～1350℃过程中采用氮气分压烧结，其中，分压压力为5～20mbar本专利技术相对于现有技术，具有如下优点之处：在本专利技术中，稀有元素Rh、Os以中间合金的形式加入，一方面，中间合金中的Rh、Os本身能够减少W、Ta、Mo、Cr等合金元素的偏析、细化共晶碳化物、提高界面结合能力、改善金属粘结相对硬质相的润湿性以及提高烧结性能；另一方面，中间合金以CoRh、CoOs金属间化合物形式存在，而非以稀有元素氧化物或单质形式存在，不仅避免了稀有元素添加量少而导致分布不均的难题，而且Co-稀有元素中间合金以金属间化合物形式存在更有利于脱氧和净化晶界，稀有元素还原氧化钴，钴粉表面氧化膜被去除后，原子之间迁移的障碍减少，改善了粉末之间的润湿性，提高了界面结合强度；同时，中间合金中稀有元素在基体组织中均匀弥散分布、多组元效应降低了成分氧含量。同时，在本专利技术中，Rh、Os的加入以固溶体的形式存在于粘结相中，可大大降低粘结相钴的堆垛层错能，从而促使钴由面心立方晶型向密排六方晶型转变，而该结构具有高的抗载荷性能，可提高了粘结相的显微硬度和弹性模量，从而在整体上提高了Ti(C，N)基金属陶瓷的抗弯强度。在本专利技术中，第一次分压烧结为在1100～1330℃固相烧结阶段采用氩气分压烧结，分压压力为10～60mbar，固相烧结阶段扩散速率增加、颗粒塑性流动加强，压坯明显收缩，释放出坯体间隙中的气体，化合氧在此阶段亦被还原，此阶段氩气分压烧结可将这些废气引导并排除；此外，固相烧结的分压烧结能够抑制钴相的挥发，减少钴流失，在液相烧结阶段提高粘结相对硬质相的润湿性。在本专利技术中，所述第二次分压烧结为从液相烧结结束到降温至1250～1350℃过程中采用5～20mbar的氮气分压烧结，高温氮分压下，金属陶瓷表面氮、钨和钼等元素的活度远远大于材料内部对应元素的活度，而表面钛的活度低于材料内部钛的活度，因此有足够的化学驱动力促使N、W等元素向内部扩散，而Ti原子向材料表面扩散，从而在材料表面形成富Ti和富N的化合物，表面细化的TiN增强了显微硬度，并且从外而内硬度形成一定的梯度，达到外刚内韧的梯度结构，这对改善材料强韧性非常有意义；金属陶瓷材料表层氮化硬质相的含量取决于氮气分压的压力，可根据产品的不同应用范围调节氮气分压压力，从而获得不同微观组织结构的梯度合金。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术所述的Ti(C，N)基金属陶瓷的制备方法流程示意图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。此外，下面所描述本文档来自技高网...

【技术保护点】
Ti(C，N)基金属陶瓷，其特征在于：其以Ti(C，N)、TiC、WC、TaNbC、Mo2C和Cr3C2为硬质相，以Co、Ni为粘结相，以Co‑Rh‑Os中间合金为添加剂；Ti(C，N)基金属陶瓷材料的组成组分以重量百分数为计为：Ti(C，N)    45~60%，TiC        1~5%，WC         12~18%，TaNbC      6~12%，Mo2C       5~12%，Cr3C2      0.3~1%，Co         6~11%，Ni         3~8%，中间合金   1~5%。

【技术特征摘要】
1.Ti(C，N)基金属陶瓷，其特征在于：其以Ti(C，N)、TiC、WC、TaNbC、Mo2C和Cr3C2为硬质相，以Co、Ni为粘结相，以Co-Rh-Os中间合金为添加剂；Ti(C，N)基金属陶瓷材料的组成组分以重量百分数为计为：Ti(C，N)45~60%，TiC1~5%，WC12~18%，TaNbC6~12%，Mo2C5~12%，Cr3C20.3~1%，Co6~11%，Ni3~8%，中间合金1~5%。2.根据权利要求1所述的Ti(C，N)基金属陶瓷，其特征在于：所述中间合金的组成组分以重量百分数为计为：Rh10~30%，Os5~15%，Co55~75%。3.用于制备权利要求1或2所述的Ti(C，N)基金属陶瓷的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：步骤一、制备中间合金粉末；步骤二、将Ti(C，N)粉、TiC粉、WC粉、TaNbC粉、Mo2C粉、Cr3C2粉、Co粉、Ni粉，以及步骤一制得的中间合金粉末按重量百分比进行配料；步骤三、将所述步骤二配料所得的原料添加成型剂后球磨混合均匀，并喷雾干燥制粒；步骤四、将所述步骤三得到的混合料模压成型，获得Ti(C，N)基金属陶瓷压坯；步骤五、将所述步骤四得到的Ti(C，N)基金属陶瓷压坯进行气氛烧结，获得Ti(C，N)基金属陶瓷。4.根据权利要求3所述的用于制备Ti(C，N)基金属陶瓷的制备方法，其特征在于：在步骤一中，制备中间合金粉末时，以Co、Rh、Os为原料，按重量百分比为10~30%的Rh、5~15%的Os、余量为Co进行配料，采用熔炼法制备得到Co-Rh-Os中间合金熔体，将所述Co-Rh-Os中间合金熔...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海坤，胡伟斌，兰登飞，
申请(专利权)人：株洲科力特新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43