一种多相二硼化钛/碳氮化钛金属陶瓷及其制备方法技术

一种多相二硼化钛/碳氮化钛金属陶瓷及其制备方法，将TiB2、Ti(C,N)、Fe、Ni、Cr、Mn、Si以及C粉末，按一定重量百分比混合均匀，然后在氩气保护下进行湿磨，干燥，得到粉体；再将粉体装入金属模具中，在100～400MPa压力下模压成型，然后真空烧结，得到多相TiB2/Ti(C,N)‑304不锈钢金属陶瓷。本发明专利技术过程工艺简单，成本低廉，适合工业应用；制备的金属陶瓷成分简单、不含W、Co战略稀缺资源，使用Ni含量少。硬度可达88HRA，能用于磨损、氧化腐蚀、磨损与氧化腐蚀交互作用，酸性腐蚀以及磨损与酸性腐蚀交互作用的严酷工况。

A kind of multiphase titanium diboride / carbon nitride titanium cermet and its preparation method

TiB2, Ti (C, N), Fe, Ni, Cr, Mn, Si and C powders are mixed evenly by a certain weight percentage, and then wet-grinded and dried in argon to obtain powder. The powder is then loaded into a metal mold and pressed under 100-400 MPa pressure. Then, the multiphase TiB2/Ti (C, N) 304 stainless steel cermet was obtained by vacuum sintering. The process of the invention is simple, the cost is low, and it is suitable for industrial application; the prepared cermet has simple composition, does not contain strategic scarce resources of W and Co, and uses less Ni content. Hardness up to 88HRA, can be used for wear, oxidation corrosion, wear and oxidation corrosion interaction, acid corrosion and wear and acid corrosion interaction of the harsh working conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种多相二硼化钛/碳氮化钛金属陶瓷及其制备方法
本专利技术涉及一种金属陶瓷的制备方法，具体涉及一种多相二硼化钛/碳氮化钛金属陶瓷及其制备方法。
技术介绍
金属陶瓷由于具有高硬度、耐高温、良好的耐磨损、耐腐蚀性能在工业耐磨领域大量使用。以Ti(C,N)和TiB2陶瓷为硬质相的复合硬质相金属陶瓷通常晶粒细小、力学性能优良，具有耐磨性能优异的特点，是制备工模具以及耐磨件的理想材料。金属陶瓷的制备中通常含有大量的W、Co、Ni及其组合作为粘结相，但是由于W、Co和Ni均属于战略稀缺元素，价格昂贵且供应不稳定，导致通常的金属陶瓷价格高，增加了企业生产成本；并且Co易溶于酸，在酸性工况下该类金属陶瓷耐腐蚀性能差。因此，在保证优异的力学性能条件下，降低金属陶瓷成本，改善耐酸腐蚀性能具有重要的意义。公开号CN101343709A，名称为“一种金属陶瓷刀具材料及制备方法”的中国专利，公开了一种以Ti(C,N)粉末、铬铁粉、羰基铁粉、羰基镍粉、Mo2C粉末为原料，制备的金属陶瓷。虽然该金属陶瓷具有高硬度、耐磨性好，成本低的优点，但是球磨时间长，这增加了能源消耗和生产成本，并且长时间的高能球磨易氧等杂质。近年来，加拿大戴尔豪斯大学的研究人员利用熔渗法制备了TiC-304不锈钢金属陶瓷和TiC-316L304不锈钢金属陶瓷，制备的金属陶瓷致密度高。但是由于熔渗时温度高导致硬质相晶粒粗大，不利于金属陶瓷高硬度的实现。因此，降低304不锈钢为粘结相的金属陶瓷制备温度，对降低能耗有重要意义。现有技术中仍存在成本高、硬质相晶粒粗大以及硬度偏低的问题。
技术实现思路
为解决上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种多相二硼化钛/碳氮化钛金属陶瓷及其制备方法，本专利技术成分简单，不含稀缺战略资源W、Co，使用Ni含量少，硬度高，耐磨性好，并且制备成本低。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种多相二硼化钛/碳氮化钛金属陶瓷的制备方法，包括以下步骤：(1)混料：按重量百分比为：TiB2:1～20％，Ti(C,N)：59％～79％，Fe：14％～30％，Ni：1.8％～4％，Cr：3％～8％，Mn：0.15％～0.35％，Si：0.04％～0.09％，C粉末：0.01％～0.03％，将TiB2、Ti(C,N)、Fe、Ni、Cr、Mn、Si以及C粉末混合均匀，然后在氩气保护下进行湿磨，干燥，过筛，得到粉体；(2)将粉体装入金属模具中，在100～400MPa压力下模压成型；(3)烧结：将成型坯体真空烧结，得到多相TiB2/Ti(C,N)-304不锈钢金属陶瓷。本专利技术进一步的改进在于，湿磨具体过程为：在混合均匀的粉末放入球磨罐中，加入占混合均匀的粉末质量1％～2％的无水乙醇作为介质，将球磨罐中抽真空后填充氩气，球料质量比为(5～20)：1，球磨转速为150r/min～300r/min，球磨时间为4h～20h。本专利技术进一步的改进在于，干燥具体过程为：采用旋转蒸发仪烘干，烘干温度为55℃～75℃，真空度为0.09MPa。本专利技术进一步的改进在于，模压成型具体为：在100～400MPa压力下保压30s～120s。本专利技术进一步的改进在于，真空烧结时真空度为10-2Pa。本专利技术进一步的改进在于，真空烧结具体为自室温升温至1000℃～1500℃，并保温0.5h～1.5h。本专利技术进一步的改进在于，1000℃以下升温速率为8℃/min，1000℃以上升温速率为4℃/min。本专利技术进一步的改进在于，真空烧结后随炉冷却。一种多相二硼化钛/碳氮化钛金属陶瓷，该金属陶瓷的硬质相为TiB2和Ti(C,N)组成的复合硬质相，粘结相为304不锈钢。本专利技术进一步的改进在于，该陶瓷的硬度值范围为75HRA～93HRA，抗弯强度为800MPa～1800MPa。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：本专利技术制备TiB2/Ti(C,N)-304不锈钢金属陶瓷过程简单，不含W、Co等战略稀缺资源，以TiB2/Ti(C,N)为硬质相，以304不锈钢为粘结相；相比于现有技术中的以碳化钨为硬质相，以Co粘结相，或以Ti(C,N)为硬质相，以Ni为粘结相，具有成本低的优点。304不锈钢能充分填充，硬质相和粘结相之间形成冶金结合界面，形成的金属陶瓷的致密度高、主要力学指标优良(硬度75～93HRA，抗弯强度800～1800MPa)，可用于磨损、腐蚀、腐蚀磨损交互作用工况。本专利技术相对于钨、Co类硬质合金具有成本低廉的优点。本专利技术中由于加入TiB2，一方面高温下TiB2能够形成氧化膜，另一方面TiB2能够阻碍Ti(C,N)晶粒长大，有利于获得晶粒细小的硬质相。本专利技术过程工艺简单，成本低廉，适合工业应用。本专利技术制备的金属陶瓷，成分简单、不含W、Co战略稀缺资源，使用Ni含量少。硬度可达88HRA，能用于磨损、氧化腐蚀、磨损与氧化腐蚀交互作用，酸性腐蚀以及磨损与酸性腐蚀交互作用的严酷工况。附图说明图1为本专利技术实施例1所制得的TiB2/Ti(C,N)-304不锈钢金属陶瓷微观组织SEM照片。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术进一步说明：(1)混料步骤：选用纯度不低于99％的TiB2、Ti(C,N)(碳氮化钛)、Fe、Ni、Cr、Mn、Si以及C粉末混合(即TiB2、Ti(C,N)、Fe、Ni、Cr、Mn、Si以及C粉末的纯度不低于99％)，各组分照质量比为TiB2:1～20％，Ti(C,N)：59％～79％,Fe：14％～30％,Ni：1.8％～4％,Cr：3％～8％,Mn：0.15％～0.35％,Si：0.04％～0.09％以及C：0.01％～0.03％；(2)球磨步骤：在混合后的原料放入球磨罐中，加入占其质量百分比为1％～2％的无水乙醇作为介质，将球磨罐中抽真空后填充氩气，球料质量比为5:1～20：1，球磨转速为150r/min～300r/min，球磨时间为4h～20h；(3)干燥步骤：将球磨后浆料置于旋转蒸发仪中，先抽真空，气压降至0.09MPa开始升温烘干，烘干温度为55℃～75℃，烘干后粉末用200目筛网过筛；(4)模压成型步骤：将干燥后的粉体装入金属模具中，在100～400MPa压力下模压成型，保压时间为30s～120s；(5)烧结步骤：将成型坯体放入真空烧结炉中高温烧结，烧结温度为1000℃～1500℃，真空度为10-2Pa，随炉冷却得到TiB2/Ti(C,N)-304不锈钢金属陶瓷，烧结时间为0.5h～1.5h，烧结完成后随炉冷却。本专利技术制备的金属陶瓷的硬质相为TiB2和Ti(C,N)组成的复合硬质相，粘结相为304不锈钢。该陶瓷的硬度值范围为75HRA～93HRA，抗弯强度为800MPa～1800MPa。实施例1一种TiB2/Ti(C,N)-304不锈钢金属陶瓷的制备工艺，制备顺序包括混料、湿磨、干燥、模压成型、真空烧结步骤，具体如下：(1)混料：选用纯度不低于99％的TiB2、Ti(C,N)、Fe、Ni、Cr、Mn、Si、C粉末混合，各组分照质量百分比为TiB2：1％，Ti(C,N)：64％，Fe：25.381％，Ni：3.07％，Cr：6.16％，Mn：0.29％，Si：0.075％以及C：0.024％；(2)球磨：将混合后的原料放入球磨罐中，加入占混合后的原料质量百分比为2％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多相二硼化钛/碳氮化钛金属陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)混料：按重量百分比为：TiB2:1～20％，Ti(C,N)：59％～79％，Fe：14％～30％，Ni：1.8％～4％，Cr：3％～8％，Mn：0.15％～0.35％，Si：0.04％～0.09％，C粉末：0.01％～0.03％，将TiB2、Ti(C,N)、Fe、Ni、Cr、Mn、Si以及C粉末混合均匀，然后在氩气保护下进行湿磨，干燥，过筛，得到粉体；(2)将粉体装入金属模具中，在100～400MPa压力下模压成型；(3)烧结：将成型坯体真空烧结，得到多相TiB2/Ti(C,N)‑304不锈钢金属陶瓷。

【技术特征摘要】
1.一种多相二硼化钛/碳氮化钛金属陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)混料：按重量百分比为：TiB2:1～20％，Ti(C,N)：59％～79％，Fe：14％～30％，Ni：1.8％～4％，Cr：3％～8％，Mn：0.15％～0.35％，Si：0.04％～0.09％，C粉末：0.01％～0.03％，将TiB2、Ti(C,N)、Fe、Ni、Cr、Mn、Si以及C粉末混合均匀，然后在氩气保护下进行湿磨，干燥，过筛，得到粉体；(2)将粉体装入金属模具中，在100～400MPa压力下模压成型；(3)烧结：将成型坯体真空烧结，得到多相TiB2/Ti(C,N)-304不锈钢金属陶瓷。2.根据权利要求1所述的一种多相二硼化钛/碳氮化钛金属陶瓷的制备方法，其特征在于，湿磨具体过程为：在混合均匀的粉末放入球磨罐中，加入占混合均匀的粉末质量1％～2％的无水乙醇作为介质，将球磨罐中抽真空后填充氩气，球料质量比为(5～20)：1，球磨转速为150r/min～300r/min，球磨时间为4h～20h。3.根据权利要求1所述的一种多相二硼化钛/碳氮化钛金属陶瓷的制备方法，其特征在于，干燥具体过程为：采用旋转蒸发仪烘干，烘干温度为55℃～...

【专利技术属性】
技术研发人员：李烨飞，何林，高义民，刘志伟，郑巧玲，霍旭旭，
申请(专利权)人：西安交通大学，陕西大唐盛业信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61