一种Ti(C,N)-304不锈钢金属陶瓷及其制备工艺制造技术

一种Ti(C,N)‑304不锈钢金属陶瓷及其制备工艺，将Ti(C,N)、Fe、Ni、Cr、Mn、Si以及C粉混合均匀，然后在氩气保护下湿磨，干燥，过筛，得到粉体；将粉体装入金属模具中，在100～400MPa压力下模压成型；烧结：将成型坯体高温烧结，得到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；制备的金属陶瓷不含W、Co战略稀缺资源，使用Ni含量少。硬度可达86HRA，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，适合工业推广。

A kind of Ti (C, N) -304 stainless steel cermet and its preparation process

A Ti (C, N) 304 stainless steel cermet and its preparation process are described. Ti (C, N), Fe, Ni, Cr, Mn, Si and C powders are mixed evenly, then wet-grinded, dried and sifted under the protection of argon to obtain powders. Ti (C, N) 304 stainless steel cermet was obtained. The process of the invention is simple and the cost is low, and the prepared cermet does not contain strategic scarce resources of W and Co, and uses less Ni. Hardness up to 86HRA, 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, suitable for industrial promotion.

【技术实现步骤摘要】
一种Ti(C,N)-304不锈钢金属陶瓷及其制备工艺
本专利技术开发了一种金属陶瓷及其制备方法，具体涉及一种Ti(C,N)-304不锈钢金属陶瓷及其制备工艺。技术背景Ti(C,N)基金属陶瓷由于具有高硬度，与金属配副摩擦系数低，与金属基体完全润湿以及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，被广泛用作切削刀具。Ti(C,N)基金属陶瓷通常用Co、Ni及其组合作为粘结相，但是由于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Ti(C,N)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Ti(C,N)基金属陶瓷成本，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，成本低的有点，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
本专利技术的目的在于提供一种Ti(C,N)-304不锈钢金属陶瓷及其制备工艺，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Ti(C,N)-304不锈钢金属陶瓷制备工艺，包括以下步骤：(1)混料：按重量百分比为：Ti(C,N)：60％～80％，Fe：14％～30％，Ni：1.8％～4％，Cr：3％～8％，Mn：0.15％～0.35％，Si：0.04％～0.09％，C粉：0.01％～0.03％，将Ti(C,N)、Fe、Ni、Cr、Mn、Si以及C粉混合均匀，然后在氩气保护下湿磨，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：将成型坯体高温烧结，得到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，高温烧结时真空度为10-2Pa。本专利技术进一步的改进在于，高温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，高温烧结后随炉冷却。本专利技术进一步的改进在于，Ti(C,N)、Fe、Ni、Cr、Mn、Si以及C粉的纯度不低于99％。一种Ti(C,N)-304不锈钢金属陶瓷，该金属陶瓷由Ti(C,N)硬质相和304不锈钢粘结相组成，该金属陶瓷硬度值范围为75HRA～90HRA，抗弯强度为800MPa～1600MPa。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：本专利技术提供的一种Ti(C,N)-304不锈钢金属陶瓷，包含硬质相和粘结相，原料经混料、湿磨、干燥、模压成型、真空烧结制备形成，制备过程简单，不含W、Co等战略稀缺资源，使用Ni含量少，以Ti(C,N)为硬质相，以304不锈钢为粘结相，成本低廉；304不锈钢与Ti(C,N)能润湿，形成的金属陶瓷致密度高、主要力学指标优良(硬度75HRA～90HRA，抗弯强度800MPa～1600MPa)，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，适合工业推广。附图说明图1为本专利技术实施例1所制得的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：实施例1一种Ti(C,N)-304不锈钢金属陶瓷的制备工艺，包括混料、湿磨、干燥、模压成型、真空烧结步骤，具体过程如下：(1)混料：按质量百分比为Ti(C,N)：65％，Fe：25.381％，Ni：3.07％，Cr：6.16％，Mn：0.29％，Si：0.075％，C：0.024％；将纯度不低于99％的Ti(C,N)(碳氮化钛)、Fe、Ni、Cr、Mn、Si以及C粉末混合均匀；(2)球磨：在混合均匀的原料放入球磨罐中，加入YG8硬质合金球，加入占原料质量百分比为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10：1，球磨转速为300r/min，球磨时间为20h；(3)干燥：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℃，烘干后粉末用200目筛网过筛；(4)模压成型：将干燥后的粉体装入金属模具中，在200MPa压力下模压成型，保压时间为60s；(5)烧结：将成型坯体放入真空烧结炉中高温烧结，具体为：自室温以8℃/min的升温速率升温至1000℃，然后以4℃/min的升温速率升温至烧结温度1450℃，真空度为10-2Pa，烧结时间为1h，随炉冷却，得到Ti(C,N)-304不锈钢金属陶瓷。经烧结生成得到的金属陶瓷由Ti(C,N)硬质相和304不锈钢硬质组成，硬度为75HRA，抗弯强度为850MPa。从图1可以看出，本专利技术制备的金属陶瓷致密度高、硬质相晶粒细小，平均粒径为1.5μm。实施例2一种Ti(C,N)-304不锈钢金属陶瓷制备工艺，包括混料、湿磨、干燥、模压成型、真空烧结步骤，具体过程如下：(1)混料：按照质量百分比为Ti(C,N)：65％,Fe：25.381％,Ni：3.07％,Cr：6.16％,Mn：0.29％,Si：0.075％以及C粉：0.024％，将纯度不低于99％的Ti(C,N)、Fe、Ni、Cr、Mn、Si、C粉末混合均匀；(2)球磨：在混合均匀后的原料放入球磨罐中，加入YG8硬质合金球，加入占原料质量百分比为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20：1，球磨转速为300r/min，球磨时间为10h；(3)干燥：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75℃，烘干后粉末用200目筛网过筛；(4)模压成型：将干燥后的粉体装入金属模具中，在400MPa压力下模压成型，保压时间为120s；(5)烧结：将成型坯体放入真空烧结炉中高温烧结，自室温以8℃/min的升温速率升温至1000℃，然后以4℃/min的升温速率升温至烧结温度1440℃，真空度为10-2Pa，烧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Ti(C,N)‑304不锈钢金属陶瓷制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)混料：按重量百分比为：Ti(C,N)：60％～80％，Fe：14％～30％，Ni：1.8％～4％，Cr：3％～8％，Mn：0.15％～0.35％，Si：0.04％～0.09％，C粉：0.01％～0.03％，将Ti(C,N)、Fe、Ni、Cr、Mn、Si以及C粉混合均匀，然后在氩气保护下湿磨，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：将成型坯体高温烧结，得到Ti(C,N)‑304不锈钢金属陶瓷。

【技术特征摘要】
1.一种Ti(C,N)-304不锈钢金属陶瓷制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)混料：按重量百分比为：Ti(C,N)：60％～80％，Fe：14％～30％，Ni：1.8％～4％，Cr：3％～8％，Mn：0.15％～0.35％，Si：0.04％～0.09％，C粉：0.01％～0.03％，将Ti(C,N)、Fe、Ni、Cr、Mn、Si以及C粉混合均匀，然后在氩气保护下湿磨，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：将成型坯体高温烧结，得到Ti(C,N)-304不锈钢金属陶瓷。2.根据权利要求1所述的一种Ti(C,N)-304不锈钢金属陶瓷制备工艺，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Ti(C,N)-304不锈钢金属陶瓷制备工艺，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℃～75℃，真空度为0.09MPa。4.根据权利要求1所述的一种Ti(...

【专利技术属性】
技术研发人员：高义民，何林，李烨飞，刘志伟，郑巧玲，皇志富，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61