一种TiB2晶须高温强韧化Ti(C,N)基金属陶瓷材料制备方法技术

本发明专利技术具体涉及一种TiB2晶须高温强韧化Ti(C,N)基金属陶瓷材料制备方法，包括以下过程：进行反应原料配比；反应原料包括的组分及各个组分的百分比为：Ti(C,N)：50~65%；TiB2晶须：15~30%；WC：2~10%；Mo2C：2~8%；TaC：2~8%；NbC：2~8%；Co：3~5%；Ni：3~5%；配比后的材料经复合混料、造粒烘干、冷等静压成型、分段式气氛热压、快冷降温等工艺烧结而成。本发明专利技术制备出的Ti(C,N)基复合金属陶瓷综合性能良好，特别是高速切削时具有极高的高温硬度和韧性，因而TiB2晶须高温强韧化Ti(C,N)基金属陶瓷材料具有更长的刀具寿命，可做为高速切削（半）精加工的切削刀具材料。

A Method for Preparing Ti(C,N)-based Cermet Material with TiB2 Whiskers Strengthened and Toughened at High Temperature

The invention specifically relates to a method for preparing Ti (C, N) based cermet materials with high temperature toughening of TiB2 whiskers, which includes the following processes: mixing reaction raw materials; mixing reaction raw materials and the percentage of each component: Ti (C, N): 50-65%; TiB2 whiskers: 15-30%; WC: 2-10%; Mo2C: 2-8%; TaC: 2-8%; NbC: 2-8%; Co: 3-5%; composite materials after mixing. It is sintered by mixing, granulation and drying, cold isostatic pressing, segmented atmosphere and hot pressing, fast cooling and so on. The Ti (C, N) based composite cermet prepared by the invention has good comprehensive performance, especially high high temperature hardness and toughness in high speed cutting, so TiB2 whisker high temperature toughening Ti (C, N) based cermet material has longer tool life and can be used as cutting tool material for high speed (semi) finishing.

【技术实现步骤摘要】
一种TiB2晶须高温强韧化Ti(C,N)基金属陶瓷材料制备方法
本专利技术涉及一种金属陶瓷刀具材料及其制备方法，更具体地说，涉及一种具有高速切削用高温环境使用的一种TiB2晶须高温强韧化Ti(C,N)基金属陶瓷材料制备方法。
技术介绍
切削加工是机械制造业中应用最广泛和最基本的加工方法，高速切削技术作为切削加工的发展方向，具有提高生产效率、降低生产成本等优点，而刀具是高效切削技术的关键。目前，应用于高速切削刀具领域应用最为广泛的为Ti(C,N)基金属陶瓷刀具。与传统的WC硬质合金相比，Ti(C,N)基金属陶瓷具有优良的综合性能，在其硬度与硬质合金相同的情况下，密度只有硬质合金的一半，可降低成本;在使用寿命相同的情况下，Ti(C,N)基金属陶瓷具有更高的切削速度与更低的加工表面粗糙度。在高速切削领域，可取代WC基硬质合金刀具。Ti(C,N)基金属陶瓷具有许多性能优势。具有高硬度，一般可达HRA91-93.5，有些可达HRA94-95，即达到非金属陶瓷刀具硬度水平；具有较高的耐磨性和理想的抗月牙洼磨损能力，在高速切削钢料时磨损率极低，其耐磨性比WC基硬质合金高3-4倍，比涂层硬质合金高0.5-3倍；具有较高的抗氧化能力、耐热性，以及具有较好的化学稳定性，Ti(C,N)基金属陶瓷与钢不易产生粘结，在700~900℃时未发现粘结情况，即不易产生积屑瘤，加工表面粗糙度值较低。但是Ti(C,N)基金属陶瓷刀具的主要问题仍然是高温硬度和强韧度不足，限制了其在高速切削领域的广泛应用。为解决高温强韧化问题，研究者通过在Ti(C,N)中加入高温硬质物，如TiB2，以期通过TiB2的高硬、高抗氧化性和化学稳定性来增硬Ti(C,N)基金属陶瓷。如中国专利号ZL201710556296.9中，采用反应热压烧结工艺制备Ti(C,N)-TiB2基金属陶瓷，制得高硬和高抗氧化性的金属陶瓷。但是反应热压法制备的材料形貌和组织难以控制，这对批量化生成刀具形成巨大的阻碍。中国专利号201710604367.8，采用模具成型制备Ti(C,N)-TiB2基金属陶瓷，制备了在高温下还具有高硬度和抗弯强度的刀具。以上专利，虽然通过添加TiB2硬质相能大幅提高刀具在高温下的硬度，但是高温韧性还是不足，会影响刀具在高速切削时的耐用度。因此，研究者考虑在Ti(C,N)基金属陶瓷其中加入晶须和纤维，以期通过晶须和纤维的增韧补强达到复合金属陶瓷材料的高温强韧化目的。如在中国专利号ZL200710034792.4，授权公告日为2009年9月30日，专利技术创造名称为：SiC晶须增韧碳氮化钛基金属陶瓷切削刀片及其制备方法的申请案中，采用SiC晶须作为增韧剂，使碳氮化钛基金属陶瓷切削刀片具有高强度、高韧性和更好的耐磨性。在中国专利号ZL200810048655.0，授权公告日为2010年6月2日，专利技术创造名称为：一种晶须增韧金属陶瓷刀具及其制备方法的申请案中，采用镀镍SiC晶须作为增韧相，提高了金属陶瓷刀具的高温红硬性、耐磨性和抗冲击韧性。在中国专利号ZL201410289095.3，授权公告日为2016年8月24日，专利技术创造名称为：一种TiC晶须增强金属陶瓷及其制备方法的申请案中，采用TiC晶须增强金属陶瓷，提高了现有Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度和断裂韧性。在上述专利申请案中，均采用了晶须来作为Ti(C,N)基金属陶瓷的增韧相，提高了金属陶瓷材料的强韧度。但是，在高温切削过程中，SiC晶须和TiC晶须易高温氧化，从而导致刀具的高温强度和硬度等性能降低。因此，本专利技术结合TiB2晶须高温硬度和韧性均十分优异的特点，改性Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料，以期获得在高速切削使用下的高强韧性刀具材料。
技术实现思路
1.所要解决的技术问题：本专利技术的目的在于克服现有晶须强韧化Ti(C,N)基金属陶瓷存在的上述不足，提供一种TiB2晶须高温强韧化Ti(C,N)基金属陶瓷材料制备方法，采用本专利技术的技术方案，制作出的刀具材料综合性能良好，高温硬度和韧度优异，可做为高速切削（半）精加工的切削刀具材料2.技术方案：一种TiB2晶须高温强韧化Ti(C,N)基金属陶瓷材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：进行反应原料配比；所述反应原料包括的组分及各个组分的百分比为：Ti(C,N)：50~65%；TiB2晶须：15~30%；WC：2~10%；Mo2C：2~8%；TaC：2~8%；NbC：2~8%；Co：3~5%；Ni：3~5%。步骤二：在步骤一中的配好的冷等静压内加入石蜡和硫酸形成物料，放入造粒机中进行混和造粒；将造粒后的产物烘干形成烘干的物料。步骤三：将步骤二中产生的烘干的物料放入刀具模具后进行真空封装；然后将真空封装后的物料进行冷等静压成型成所用的刀具生坯。步骤四：将步骤三中最后液压成型的生坯置于气氛热压烧结炉中热压，炉温从三阶段升温至1600~1700℃，并保温1~2h后冷却取出试样。在上述的步骤中，通过将反应原料成分进行合理配比和热压烧结工艺，从而能够控制Ti(C,N)基复合金属陶瓷材料的综合性能良好，高温硬度和韧度优异；通过TiB2晶须的负荷传递、拔出效应、界面解离以及晶须断裂、裂纹偏转等作用以及Ti(C,N)和TiB2形成的“核-壳”结构，综合提高复合金属陶瓷刀具材料的强韧性和抗高温氧化性。进一步地，步骤一中加入的TiB2晶须的晶须直径在300~1000nm之间，长径比在1:10~1:30之间。这种直径和长径比范围的TiB2晶须，不仅TiB2材料具有高硬度、高熔点、优良的化学稳定性、良好的耐磨耐蚀性、好的抗氧化性及导热导电性好等特殊的性能，而且在复合材料中能提供晶须增韧机理，提高材料的强韧性。进一步地，步骤二中所述反应原料与石蜡和硫酸总和的比值为10:1~20:1。通过石蜡和硫酸的造粒工艺，能使物料混料均匀，而且成型和烧结更致密，有助于Ti(C,N)基金属陶瓷材料的高速切削使用。进一步地，步骤三中的冷等静压压强为150~200MPa；所述刀具磨具的材质为树脂。使用冷等静压可避免陶瓷生坯的过大收缩，放宽了对粉料颗粒的要求，制成的刀具材料无尺寸缺陷。进一步地，步骤四中所述氛热压烧结炉中的气氛压强为≥5MPa；所述氛热压烧结炉中所选气氛为惰性气体。进一步地，步骤四中所述三阶段升温具体包括以下步骤：步骤41、排胶工艺：0~350℃时，升温速度为2~5℃/min；步骤42、快速升温：350~1200℃时，升温速度为10~20℃/min；步骤43、缓慢升温：1200~1700℃时升温速度为5~10℃/min。进一步地，步骤四中冷却采用快冷工艺；所述快冷工艺具体包括：当温度为1700~1400℃之间时采用随炉冷却方法；当温度为1400℃以下时，采用开启炉膛中散热扇，达到快冷的目的。在上述过程中采用气氛热压烧结工艺，依靠气氛压力和三阶段升温以及快冷可使复合金属陶瓷材料在较低的温度及较短时间内达到致密化，获得综合性能良好的Ti(C,N)基复合金属陶瓷材料。3.有益效果：（1）本专利技术的一种TiB2晶须高温强韧化Ti(C,N)基金属陶瓷材料制备方法，能制备获得综合性能良好，高温强度和韧度优异的Ti(C,N)基复合金属陶瓷材料；对材料进行扫描电子显微镜（SEM）分析，可以发现本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种TiB2晶须高温强韧化Ti(C,N)基金属陶瓷材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：进行反应原料配比；所述反应原料包括的组分及各个组分的百分比为：Ti(C,N)：50~65%；TiB2晶须：15~30%；WC：2~10%；Mo2C：2~8%；TaC：2~8%；NbC：2~8%；Co：3~5%；Ni：3~5%；步骤二：在步骤一中的配好的冷等静压内加入石蜡和硫酸形成物料，放入造粒机中进行混和造粒；将造粒后的产物烘干形成烘干的物料；步骤三：将步骤二中产生的烘干的物料放入刀具模具后进行真空封装；然后将真空封装后的物料进行冷等静压成型成所用的刀具生坯；步骤四：将步骤三中最后液压成型的生坯置于气氛热压烧结炉中热压，炉温从三阶段升温至1600~1700℃，并保温1~2h后冷却取出试样。

【技术特征摘要】
1.一种TiB2晶须高温强韧化Ti(C,N)基金属陶瓷材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：进行反应原料配比；所述反应原料包括的组分及各个组分的百分比为：Ti(C,N)：50~65%；TiB2晶须：15~30%；WC：2~10%；Mo2C：2~8%；TaC：2~8%；NbC：2~8%；Co：3~5%；Ni：3~5%；步骤二：在步骤一中的配好的冷等静压内加入石蜡和硫酸形成物料，放入造粒机中进行混和造粒；将造粒后的产物烘干形成烘干的物料；步骤三：将步骤二中产生的烘干的物料放入刀具模具后进行真空封装；然后将真空封装后的物料进行冷等静压成型成所用的刀具生坯；步骤四：将步骤三中最后液压成型的生坯置于气氛热压烧结炉中热压，炉温从三阶段升温至1600~1700℃，并保温1~2h后冷却取出试样。2.根据权利要求1所述的一种TiB2晶须高温强韧化Ti(C,N)基金属陶瓷材料制备方法，其特征在于：步骤一中加入的TiB2晶须的晶须直径在300~1000nm之间，长径比在1:10~1:30之间。3.根据权利要求1所述的一种TiB2晶须高温强韧化Ti(C,N)基金属陶瓷材料制备方法，其特征在于：步骤二中所述反应原料与...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵先锐，刘桂香，朱征宇，陈勇，张强勇，谢荣，方一航，李勤涛，张梦贤，李战江，
申请(专利权)人：江苏海事职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32