[發(fā)明專利]一種超細(xì)晶粒金屬陶瓷的生產(chǎn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610022661.X
• 申請日: 2006-12-26
• 公開（公告）號: CN101210291A
• 公開（公告）日: 2008-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃新;孫亞麗;顏杰;余祖孝;蔡樂才;羅宏;金永中;唐楷
• 申請（專利權(quán)）人: 四川理工學(xué)院
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;B22F3/16
• 代理公司: 成都立信專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 詹福五

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于碳氮化鈦TiC(N)金屬陶瓷的生產(chǎn)方法，特別是一種采用氫化鈦(TiH₂)等為主原料生產(chǎn)金屬陶瓷的方法，采用該方法生產(chǎn)的金屬陶瓷具有硬質(zhì)合金的優(yōu)良性能，可廣泛替代傳統(tǒng)硬質(zhì)合應(yīng)用其工作(生產(chǎn))領(lǐng)域。

背景技術(shù)

Ti基金屬陶瓷問世于1929年，但由于脆性大，其推廣應(yīng)用受到限制。傳統(tǒng)Ti基金屬陶瓷的生產(chǎn)方法(流程)是：原料TiC(N)等→濕磨干燥→加成型劑壓制成型→真空脫膠(蠟)→真空燒結(jié)→后加工得成品。采用此類方法由于存在典型的溶解——析出機(jī)制，使金屬陶瓷中不可避免的形成了環(huán)形相(脆性相)、亦稱包覆相或ss相，此種環(huán)形結(jié)構(gòu)的存在始終制約了Ti(C，N)、TiC基等金屬陶瓷的性能、加之該方法所生產(chǎn)的金屬陶瓷晶粒較粗，影響其強(qiáng)度的提高；致使其不能在傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)得到更廣泛的應(yīng)用。針對上述弊端，在專利號為US5,137,565發(fā)明名稱為《一種制備極細(xì)晶粒碳氮化鈦合金的方法》的美國專利文獻(xiàn)中公開了一種以Ti、Ta、V、W、Co、Ni等粉末為原料，首先經(jīng)過球磨細(xì)化、混合后，將其熔煉成脆性金屬間化合物，然后將熔煉后的坯塊破碎、球磨，獲得粒度小于50μm的預(yù)合金粉，再經(jīng)碳氮化處理得平均粒度小于0.2μm、其粉末周圍環(huán)繞著粘結(jié)金屬的復(fù)合粉，然后再將該復(fù)合粉球磨混合、壓坯、真空或低壓燒結(jié)，從而制得金屬陶瓷制品。該方法雖然消除了陶瓷制品中的環(huán)行相并能制得超細(xì)金屬陶瓷；但由于球磨后混合粉料中的氧含量增高，又沒加入還原劑，致使Ti、Ta、V、W、Co、Ni等金屬粉內(nèi)所含氧都無法脫掉，在碳氮化時(shí)極易形成(Ti、W、Ta、V)(C、N、O)，在燒結(jié)過程中氧進(jìn)入固溶體且無法脫除，最終使合金變脆，而仍不能獲得高性能的金屬陶瓷。在申請?zhí)枮?3124597、發(fā)明名稱為《TiC硬質(zhì)合金》的專利文獻(xiàn)則公開了一種采用Fe、Ni、Ti或其預(yù)合金粉與TiC粉混合，首先在氮?dú)獗Ｗo(hù)及1200℃溫度下預(yù)燒，然后在1400℃溫度下進(jìn)行真空燒結(jié)，而制得晶粒度為1.6～3.0μm的無環(huán)形結(jié)構(gòu)(包覆相)TiC制品。該技術(shù)雖然通過在N₂中燒結(jié)，使粘結(jié)相中的Ti和N₂發(fā)生反應(yīng)，然后在真空燒結(jié)中形成TiC-TiN固溶體并大量溶解于粘結(jié)相中，從而抑制了溶解-析出機(jī)機(jī)制的產(chǎn)生，破壞了環(huán)形相的生成條件，一定程度上提高了制品的性能，但由于直接采用TiC粉為主要原料、在燒結(jié)過程中其晶粒不能被細(xì)化，因而存在制品的晶粒度大、影響制品綜合性能的提高等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是研究設(shè)計(jì)一種超細(xì)晶粒金屬陶瓷的生產(chǎn)方法，采用該方法可抑制制品中脆性環(huán)形相的產(chǎn)生并細(xì)化晶粒；達(dá)到生產(chǎn)高性能超細(xì)金屬陶瓷，以廣泛替代傳統(tǒng)硬質(zhì)金應(yīng)用其工作及生產(chǎn)領(lǐng)域、節(jié)約鎢資源等目的。

本發(fā)明的解決方案是針對背景技術(shù)存在的缺陷，采用TiH₂代替大部分Ti粉既作原料、又作還原劑，利用氫化鈦(TiH₂)分解出的H⁺還原其它金屬中含的及吸附的氧，分解后的Ti具有更高的活性、又能更好地與其金屬形成金屬間化合物。因此本發(fā)明方法包括：

A.熔制預(yù)合金：首先將TiH₂?30～50wt％，Ti?20～30wt％，Ta?1～10wt％，W3～10wt％，V?2～10wt％，Ni?5～20wt％，Co?2～12wt％的原料粉置于球磨機(jī)內(nèi)、球磨8～24小時(shí)至粒度≤50μm止，然后將混合粉料送入真空熔煉爐內(nèi)，在氬氣保護(hù)及1380～1460℃溫度下熔煉1～2.5小時(shí)，得預(yù)合金塊，爐內(nèi)真空度為100～350mbr；

B.破碎及球磨：將由A工序所得預(yù)合金塊破碎后，送入球磨機(jī)內(nèi)球磨16～32小時(shí)、至粒徑≤50μm止，球料比為3～5∶1；

C.配碳：以B工序所得粉料中的Ti、Ta、W、V的總含量計(jì)，加入將其完全碳化所需理論含碳量80～100wt％的碳黑粉，球磨16～32小時(shí)；

D.碳氮化處理：將配碳后的粉料置于石墨舟皿中并送入碳氮化處理爐內(nèi)，在氮?dú)鈿夥占?50～1150℃溫度下進(jìn)行碳氮化處理2.0～4.0小時(shí)，得平均晶粒度≤0.2μm的Ti(C、N)粉料；

E.燒結(jié)：將所得Ti(C、N)粉料送入球磨機(jī)內(nèi)濕磨18～72小時(shí)，然后經(jīng)常規(guī)干燥、摻膠、壓坯、成型，最后送入燒結(jié)爐內(nèi)、在1380～1480℃溫度下真空燒結(jié)1.0～3.0小時(shí)，隨爐冷卻即得目的物。