一种超细晶粒Ti(C,N)金属陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超细晶粒Ti(C,N)金属陶瓷材料及其制备方法，采用超细(d50≤600nm)Ti(C,N)粉体为主要基体材料，超细(d50≤800nm)高温难熔碳化物粉体为增强增韧相，超细(d50≤1umm)VC粉和Cr

A ultrafine grain Ti (C, n) cermet material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种超细晶粒Ti(C,N)金属陶瓷材料及其制备方法
本专利技术涉及新材料
，特别是涉及一种超细晶粒Ti(C,N)金属陶瓷材料及其制备方法。
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”“钴”资源。然而，强韧性不足是Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料在实际工程应用中面临的关键难题，也是当前国内外学者研究的重点。中国专利201110138346.4通过气氛烧结制备了无钨钴Ti(C,N)基金属陶瓷，大大降低了生产成本，然而，较低的强韧性(抗弯强度≤1800，断裂韧性≤9.5)也极大的限制了其应用。中国专利201210321098.1利用高熵合金作为粘结相制备了金属陶瓷，但其无法同时满足“双高”(高强韧性、高硬度)的要求，导致该材料在应用领域受到极大限制。目前金属陶瓷是以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，这些都不能改变单一主元素的局限性。中国专利200610034982.1以多元高熵合金粉末粘结相复合数种碳化物烧结，制备了具有高耐热性的硬质合金，但该产品还是无法满足现有需求，尤其是无法满足同时具备高强、高韧、高硬度的要求。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有技术中Ti(C,N)基金属陶瓷强韧性较低，无法满足“双高”且性能不稳定等问题，提供一种高强韧性、高硬度超细晶粒Ti(C,N)金属陶瓷材料及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：技术方案一：本专利技术提供一种种超细晶粒Ti(C,N)金属陶瓷材料，按照重量份数计，包括以下原料：Ti(C,N)50-70份、TiN2-4份、ZrC3-5份、NbC3-5份、Mo2C2-6份、TaC0.25-1.75份、Cr3C20.6-1份、VC0.3-0.5份、Ni3-7份、Co3-7份。作为本专利技术的进一步改进，按照重量分数计，Ti(C,N)为60份。作为本专利技术的进一步改进，Ti(C,N)的粒度为0.5-0.6μm，TiN的粒度为0.5-0.6μm，ZrC的粒度为0.6-0.8μm，NbC的粒度为0.6-0.8μm，Mo2C的粒度为0.8-1μm，TaC的粒度为0.8-1.2μm，Cr3C2的粒度为0.8-1.2μm，VC的粒度为0.8-1.2μm，Ni的粒度为0.4-0.8μm,Co的粒度为0.4-0.8μm。技术方案二：本专利技术提供一种所述的超细晶粒Ti(C,N)金属陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：根据原料重量份数准确称量各原料，经过分散球磨、干燥造粒、压制、烧结制备而成所述超细晶粒Ti(C,N)金属陶瓷材料。作为本专利技术的进一步改进，所述分散球磨过程中球料质量比6:1，固液质量比2:1，溶剂为无水乙醇，加入1-1.2wt.％PV成型剂，1.5wt.％水性分散剂，密封后球磨机上球磨72h，球磨机转速80-120r/min。作为本专利技术的进一步改进，所述干燥制粒过程采用闭式喷雾干燥设备。作为本专利技术的进一步改进，所述干燥造粒的过程中进口温度180-200℃，出口温度70-80℃，雾化盘转速20000rpm/min，蠕动泵供料速度100-120mL/min。作为本专利技术的进一步改进，所述压制过程为采用粉末冶金冷模压制成坯料。作为本专利技术的进一步改进，所述烧结过程包括真空烧结、气压烧结或HIP热等静压烧结。作为本专利技术的进一步改进，(1)当采用真空烧结时，烧结工艺如下：1500-1550℃保温1.5-2h，保温结束后，第一阶段降温，从烧结温度降低至1300℃区间的降温速率15-20℃/min；第二阶段降温至700℃，平均降温速率10℃/min；第三阶段随炉冷却8-10h至室温，获得超细晶Ti(C,N)金属陶瓷材料；(2)当采用气压烧结时，烧结工艺如下：1300℃真空烧结0.5h后，采用5MPa的Ar气保护下1450-1500℃保温1h，保温结束后，保持与上述(1)中相同的降温方式；(3)当采用HIP热等静压烧结时，烧结工艺如下：1400-1450℃保温1-1.5h，保温结束后，保持与上述(1)中相同的降温方式。本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术采用超细(d50≤600nm)Ti(C,N)粉体为主要基体材料，超细(d50≤800nm)高温难熔碳化物粉体(TaC、NbC、ZrC、Mo2C)为增强增韧相，超细(d50≤1umm)VC粉和Cr3C2粉为抑制剂，超细(d50≤1um)Ni份和Co粉为金属粘结相，经过分散球磨、干燥造粒、压制、独特的烧结工艺制备而成。本专利技术以Ti(C,N)作为主要基材，Ni粘结相提高韧性，Co金属相提高硬度的同时提高韧性，Cr3C2和VC抑制剂抑制晶粒生产，ZrC提高韧性提高低温烧结效果，NbC降低烧结温度提高材料的红硬性，Mo2C良好的润湿性、均匀的细化晶粒，TiN增加材料的耐磨性，在整个材料体系的烧结中也起到补充氮原子的作用。本专利技术制得的Ti(C,N)金属陶瓷材料主相显微组织晶粒尺寸均小于1um，相比于传统Ti(C,N)金属陶瓷材料具有更高的维氏硬度(16.5GPa)、抗弯强度(2200-2400MPa)，并兼顾该体系材料特有的韧性(9.5-10.4MPa·m1/2)。用于制造数控刀具或母材可实现优异的耐磨损性和平衡的抗崩损性，且生产成本低、可实现连续生产，生产效率高、无污染，环境友好。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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例2制备超细晶粒Ti(C,N)金属陶瓷材料的扫描电子显微镜图。具体实施方式现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本专利技术内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本专利技术所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本专利技术仅描述了优选的方法和材料，但是在本专利技术的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。在不背离本专利技术的范围或精本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超细晶粒Ti(C,N)金属陶瓷材料，其特征在于，按照重量份数计，包括以下原料：Ti(C,N)50-70份、TiN 2-4份、ZrC 3-5份、NbC 3-5份、Mo

【技术特征摘要】
1.一种超细晶粒Ti(C,N)金属陶瓷材料，其特征在于，按照重量份数计，包括以下原料：Ti(C,N)50-70份、TiN2-4份、ZrC3-5份、NbC3-5份、Mo2C2-6份、TaC0.25-1.75份、Cr3C20.6-1份、VC0.3-0.5份、Ni3-7份、Co3-7份。


2.根据权利要求1所述的一种超细晶粒Ti(C,N)金属陶瓷材料，其特征在于，按照重量分数计，Ti(C,N)为60份。


3.根据权利要求1所述的一种超细晶粒Ti(C,N)金属陶瓷材料，其特征在于，Ti(C,N)的粒度为0.5-0.6μm，TiN的粒度为0.5-0.6μm，ZrC的粒度为0.6-0.8μm，NbC的粒度为0.6-0.8μm，Mo2C的粒度为0.8-1μm，TaC的粒度为0.8-1.2μm，Cr3C2的粒度为0.8-1.2μm，VC的粒度为0.8-1.2μm，Ni的粒度为0.4-0.8μm,Co的粒度为0.4-0.8μm。


4.一种权利要求1所述的超细晶粒Ti(C,N)金属陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：根据原料重量份数准确称量各原料，经过分散球磨、干燥造粒、压制、烧结制备而成所述超细晶粒Ti(C,N)金属陶瓷材料。


5.根据权利要求4所述的超细晶粒Ti(C,N)金属陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述分散球磨过程中球料质量比6:1，固液质量比2:1，溶剂为无水乙醇，加入1-1.2wt.％PV成型剂，1.5wt.％水性分散剂，密封后球磨机上球磨72h，球磨机转速80-120r/min。

...

【专利技术属性】
技术研发人员：王诗阳，蒋宗伯，于博，迟程君，
申请(专利权)人：上海鸷锐新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31