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一种多尺度双界面金属陶瓷粉末的制备方法技术

技术编号:5274943 阅读:262 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术公开了一种多尺度双界面金属陶瓷粉末的制备方法,它采用机械合金化和筛分工艺制备多尺度陶瓷颗粒,通过包覆工艺制备金属或合金包覆型多尺度金属陶瓷颗粒,并通过材料成分和热处理工艺控制包覆界面结合状态,通过选配不同尺度的包覆型金属陶瓷颗粒进行团聚造粒获得双界面金属陶瓷颗粒,通过致密化及尺度和密度双分级,获得多尺度双界面结构金属陶瓷粉末,该方法制备的多尺度双界面金属陶瓷粉末,具有陶瓷相与包覆相结合及包覆型颗粒之间界面结合可控的双界面结构,具有陶瓷颗粒和粉末粒子尺度、密度分布可控的多尺度特征,本发明专利技术的粉末结构设计新颖、可控性好,使用该粉末制备的金属陶瓷材料,兼具高强度、高韧性,市场应用前景较好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料加工领域,涉及。
技术介绍
表面磨损是零件失效的主要形式,约占零件表面失效的60-80%,提高零件表面强 度和耐磨性是延长零件寿命的主要途径之一,而提高硬度和韧性可增强零件表面强度,从 而改善其耐磨性。较理想的材料组织结构为在坚韧、连续的基体上分布高熔点、高硬度的硬 质相颗粒。由金属或合金为粘结相与陶瓷颗粒组成的金属陶瓷是目前广泛应用的整体耐 磨材料和零件表面强化涂层材料之一。金属或合金粘结相保证了金属陶瓷的强度和韧性, 坚硬的陶瓷质点则使金属陶瓷具有高的硬度和耐磨性,因而在金属切削、凿岩采掘、岩石钻 孔、石料切割、金属成型模具及结构零件、耐磨零件和研磨用硬质颗粒、耐腐蚀材料等方面 得到了广泛的应用,成为推动各行业发展不可缺少的材料。随着工具材料向高精度、高效率、高可靠性和专用化方向发展,市场对金属陶瓷的 性能提出了更高要求,不仅要求其具有高的硬度,同时要求其保持较高的韧性及多工况条 件下的抗磨性。一方面,金属陶瓷属于脆性材料,硬度和强度之间即耐磨性和韧性之间存在 着矛盾硬度高则韧性偏低,而韧性高则硬度偏低,这是是制约其快速发展的瓶颈。另一方 面,金属陶瓷材料磨损性能还受磨损载荷、磨料特性及金属陶瓷材料硬质相硬度、粒子大小 分布的影响。对WC-Co金属陶瓷材料研究表明,陶瓷颗粒大小对其硬度和韧性有不同的影 响趋势,当WC颗粒由微米减到纳米尺寸时,WC-12CO金属陶瓷的硬度大幅增加,但材料的韧 性有所降低,在微粒磨损条件下基体相中的纳米碳化物易于脱落而导致磨损加剧,不同载 荷和磨料条件下,材料磨损性能受碳化物颗粒大小制约。
技术实现思路
本专利技术其目的就在于克服以上缺陷而提供一种多尺度双界面金属陶瓷粉末的制 备方法,制备的金属陶瓷具有良好耐磨性和强韧性,且陶瓷硬质相与粉末粒子尺度及密度 范围可控,金属或合金粘结相与陶瓷颗粒界面及包覆颗粒之间双界面结合可控。本专利技术通过以下技术方案来实现,本专利技术制备方法具体步骤如下⑴球磨将一种或按照多种成分进行配比的多种陶瓷粉末进行分组球磨;(2:筛分球磨后,对机械合金化后的陶瓷颗粒进行筛分获得从纳米级、亚微米级到微米级多尺度陶瓷颗粒,对球磨后的陶瓷粉末通过筛分工艺控制其尺度达到分级,再根据要求 配置不同尺度比例的多尺度陶瓷颗粒,从而作为后续的包覆处理用粉末;(3〕包覆将上述不同尺度陶瓷颗粒在其表面进行金属或合金包覆层包覆,并结合热处理工艺实现包覆层与陶瓷颗粒间界面扩散,控制界面结合,从而形成界面结合状态可控的金属或合金包覆型双相多尺度金属或合金陶瓷颗粒; (C团聚将不同尺度的金属或合金包覆型双相金属或合金一陶瓷颗粒按照设计比例配比混合后进行团聚造粒,控制金属或合金包覆型双相金属陶瓷颗粒间界面的结合状态, 从而获得多尺度双界面结构金属陶瓷粉末; 致密化通过对团聚粉末选择不同的热处理温度、气氛压力和时间等获得不同密度的复合粉末;(6〕分级对致密化处理后的复合粉末进行尺寸和密度双分级首先通过筛分进行尺寸分级,再对同尺寸粒子利用沉降离心机按密度分级,从而获得尺寸与质量分布可控的多尺 度双相双界面金属陶瓷粉末。优选为CC球磨将15 45微米的常规微米级的一种或按照多种成分进行配比的多种陶瓷粉末,采用湿式球磨或干湿球磨法对陶瓷粉末进行从纳米级、亚微米到微米级三级分级球 磨;所述湿式球磨法采用乙醇为过程控制剂,干湿球磨法采用惰性气氛保护、低温或真空 状态下将常规微米级金属陶瓷粉末装入球磨罐中进行干湿球磨。所述湿式球磨法的球料比20:1,转速200— 250转/分,球磨时间分别为72小时, 36小时,12小时;干湿球磨法的球料比10:1,转速180转/分,球磨时间分别为48小时,24 小时,6小时。所述的陶瓷颗粒可以是碳化物、氧化物、氮化物、硼化物、硫化物、磷化物、或和金刚石的陶瓷颗粒中的一种或几种。(2::筛分对上述分级球磨得到的粉末进行分筛获得纳米级陶瓷粉末(25-80nm)、 亚微米级陶瓷粉末(300-800nm)以及微米级陶瓷粉末(1_8微米);(3';包覆然后对上述不同粒度的陶瓷粉末利用化学镀制法、或机械吸附法制备金属或合金包覆陶瓷粉末颗粒;获得金属或合金包覆陶瓷粉末颗粒,其中金属或合金的质量百分 含量为8-20% ;通过对金属或合金包覆陶瓷粉末颗粒在900°C-1200°C不同温度下进行热扩 散处理,控制金属或合金和陶瓷粉末之间的结合,从而形成界面结合状态可控的金属或合 金包覆陶瓷粉末颗粒;采用包覆工艺进行包覆的颗粒既可以是陶瓷,也可以是硬度较高的金属、合金或金属 间化合物颗粒。(4)团聚将上述不同尺度的金属或合金包覆陶瓷粉末颗粒按照体积百分数纳米 级金属或合金包覆陶瓷粉末颗粒20— 60%、亚微米级金属或合金包覆陶瓷粉末颗粒20—30%以及微米级金属或合金包覆陶瓷粉末颗粒15—55%进行混合后,加入去离子水及柠檬 酸铵在球磨机中湿磨1. 5—2. 5小时制备水系复合粉体浆料,然后采用离心喷雾机在入口 温度250°C _420°C,出口温度110°C _165°C,旋转雾化器频率300_400Ηζ下进行喷雾团聚造 粒;所述的金属或合金包覆型双相金属陶瓷粉末的密度可控,通过包覆工艺、团聚烧结工 艺控制复合粉末粒子密度。所述团聚工艺可采用搅拌制粒或喷雾干燥法制粒; 致密化采用真空炉对上述团聚粉末进行致密化处理,真空度2X10_3Pa,热处理温度600-1100°C,保温2— 4小时,随炉冷却,获得孔隙率低于5 — 8%的多尺度双界面结构的 金属或合金包覆陶瓷粉末;(6〕分级对致密化处理后的复合粉末通过筛分得到45μπι以上,25 45μπι之间及25 μ m以下或125 μ m以上,75 125 μ m之间、45 75 μ m以下多尺度双界面结构的金属或合金包覆陶瓷粉末。本专利技术与现有技术相比其优点在于所述的方法制备得多尺度双界面金属陶瓷粉末,具有包覆金属或合金与被包覆陶瓷颗 粒或金属之间可实现完全冶金结合,而包覆型颗粒之间有限冶金结合的双界面结构;具有 金属或合金粘结相与陶瓷颗粒间界面及包覆颗粒间界面结合可控的特征;具有粉末密度范 围可控,所述的金属或合金包覆型双相粉末的密度可控;具有硬质相与粉末粒子尺度可控, 所述的金属或合金包覆型双相粉末其硬质相颗粒、包覆粒子及团聚粒子的尺度可调,实现 多尺度分布;具有良好耐磨性和强韧性的金属陶瓷原材料,该新型粉末尤其适合用于热喷 涂制备高耐磨损性金属陶瓷或硬质合金涂层。附图说明图1本专利技术的工艺流程图。 具体实施例方式以下依照本专利技术的技术方案作出具体实施例对本专利技术作进一步的说明,但本专利技术 并不局限于这些实例。实例1 如图1所示,针对具体的多尺度双界面WC-C0金属陶瓷粉末⑴球磨选用常规微米级WC粉末(15 45微米),将粉末装入球磨罐中以乙醇为过程控制剂进行湿式球磨,球料比20:1,转速250转/分,球磨时间分别为72小时,36小时,12 小时;(2〕筛分对上述球磨不同时间的粉末进行分筛获得纳米级WC粉末(25-50nm)、亚微米 级WC粉末(300-500nm)以及微米级WC粉末(1-5微米);(3;包覆然后对上述不同粒度的WC粉末利用化学镀制备Co包覆WC颗粒。具体工艺如下将WC置于浓度约为30-60%的无本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术涉及一种多尺度双界面金属陶瓷粉末的制备方法,其特征在于,具体步骤如下:(1)球磨:将一种或按照多种成分进行配比的多种陶瓷粉末进行分组球磨;(2)筛分:对球磨后的机械合金化后的陶瓷颗粒进行筛分获得从纳米级、亚微米级到微米级多尺度陶瓷颗粒,对球磨后的陶瓷粉末通过筛分工艺控制其尺度达到分级,再根据要求配置不同尺度比例的多尺度陶瓷颗粒,从而作为后续的包覆处理用粉末;(3)包覆:将上述不同尺度陶瓷颗粒在其表面进行金属或合金包覆层包覆,并结合热处理工艺实现包覆层与陶瓷颗粒间界面扩散,控制界面结合,从而形成界面结合状态可控的金属或合金包覆型双相多尺度金属或合金陶瓷颗粒;(4)团聚:将不同尺度的金属或合金包覆型双相金属或合金--陶瓷颗粒按照设计比例配比混合后进行团聚造粒,控制金属或合金包覆型双相金属陶瓷颗粒间界面的结合状态,从而获得多尺度双界面结构金属陶瓷粉末;(5)致密化:通过对团聚粉末选择不同的热处理温度、气氛压力和时间等获得不同密度的复合粉末;(6)分级:对致密化处理后的复合粉末进行尺寸和密度双分级:首先通过筛分进行尺寸分级,再对同尺寸粒子利用沉降离心机按密度分级,从而获得尺寸与质量分布可控的多尺度双相双界面金属陶瓷粉末。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:纪岗昌王洪涛宋杰光陈清宇
申请(专利权)人:九江学院
类型:发明
国别省市:36[中国|江西]

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