[發明專利]含硼的碳氮化鈦基金屬陶瓷刀具材料及其制備工藝

有效

• 申請號: 200810031010.6
• 申請日: 2008-04-07
• 公開（公告）號: CN101255512A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發明（設計）人: 周書助;唐宏琿;張潔堯;王社權;潘偉;胡茂中;李屏
• 申請（專利權）人: 株洲鉆石切削刀具股份有限公司
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C30/00;C22C1/04;B22F3/12
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所
• 代理人: 趙洪

技術領域

本發明屬于材料科學領域，尤其涉及一種含硼的碳氮化鈦(Ti(CN))基金屬陶瓷刀具材料以及用于制備該刀具材料的粉末冶金技術。

背景技術

由于Ti(CN)基金屬陶瓷刀具與被加工材料之間具有較高的化學穩定性，因此在刀具切削過程中不會產生較大的摩擦，刀具切削刃的溫度也不至于太高，從而有效阻止了Ti(CN)基金屬陶瓷刀具與被加工材料間原子的相互擴散，顯著提高了Ti(CN)基金屬陶瓷刀具的抗粘結磨損性能，Ti(CN)基金屬陶瓷也因此成為鋼材精加工和半精加工中一種較為理想的刀具材料，填補了WC基硬質合金與Al₂O₃、Si₃N₄陶瓷在高速精加工和半精加工領域中的空檔。但是，在高速切削條件下，特別是在加工一些較難加工的工件時，由于切削溫度高，加工硬化嚴重，切削力很大，普通的Ti(CN)基金屬陶瓷刀具材料顯得難以應付，刀具的耐用度和使用壽命都不是很理想，因此如何提高Ti(CN)基金屬陶瓷刀具材料在較惡劣工況下的高溫強度、硬度以及紅硬性與耐磨性，就顯得非常重要和緊迫。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種高溫硬度、高溫強度、紅硬性、抗氧化性得到明顯改善，且切削速度和使用壽命得到明顯提高的含硼的Ti(CN)基金屬陶瓷刀具材料，還提供一種含硼的Ti(CN)基金屬陶瓷刀具材料的制備工藝。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為一種含硼的Ti(CN)基金屬陶瓷刀具材料，以Ti(CN)作為基材，以鈷和/或鎳作為粘結相，其特征在于所述刀具材料中含有質量分數為0.005～0.25％的硼，其它各類元素的質量分數分別為：

碳6～11％

氮2～7％

鈦35～70％

鎢5～20％

鉬0～12％

鉭0～9％

鈮1～7％

鈷0～20％

鎳0～20％

且上述鈷和鎳的總含量在刀具中的質量分數為6～25％。

上述含硼的Ti(CN)基金屬陶瓷刀具材料所含有的元素鎢、鉬、鉭、鈮是由各元素的碳化物粉末或者氮化物粉末作原料經粉末冶金工藝制備后得到的，元素鈦是由碳化鈦粉末、氮化鈦粉末、碳氮化鈦粉末中的兩種或三種作原料經粉末冶金工藝制備后得到的，元素硼是由單質硼粉末、二硼化鈦粉末、硼化鉬粉末、碳化硼粉末、氧化硼粉末中的一種或幾種作原料經粉末冶金工藝制備后得到的。。

上述各種原料粉末的純度大于99％，且平均粒度小于1.5微米。

當上述刀具材料中的元素硼是由單質硼粉末作原料經粉末冶金工藝制備得到的情況下，單質硼的添加量為原料質量(即作為原料的各粉末物質的總質量)的0.005～0.1％。

當上述刀具材料中的元素硼是由二硼化鈦粉末作原料經粉末冶金工藝制備得到的情況下，二硼化鈦的添加量為原料質量的0.02～0.5％。

當上述刀具材料中的元素硼是由硼化鉬粉末作原料經粉末冶金工藝制備得到的情況下，硼化鉬的添加量為原料質量的0.1～2.5％。

當上述刀具材料中的元素硼是由碳化硼粉末作原料經粉末冶金工藝制備得到的情況下，碳化硼的添加量為原料質量的0.01～0.2％。

當上述刀具材料中的元素硼是碳化硼粉末和氧化硼粉末作原料經粉末冶金工藝制備得到的情況下，碳化硼和氧化硼的添加量為原料質量的0.005～0.2％。

本發明還提供一種上述含硼的碳氮化鈦基金屬陶瓷刀具的制備工藝，依次包括以下工藝步驟：按比例混合各原料粉末、球磨分散原料粉末、球磨漿料的干燥、精密壓制、預燒以及高溫燒結(燒結后的刀具材料可用于研磨刀具)；

所述球磨分散過程中，用無水乙醇或甲醇作為研磨介質，用硬質合金作為研磨體，加入原料粉末質量4～4.5％的粘結劑，球料比為1∶6～10，球磨分散的時間為20～100小時；所述球磨漿料的干燥是采用噴霧干燥方式或者采用真空干燥方式，干燥的溫度為80～95℃；所述精密壓制過程中，精密壓制壓坯的相對密度大于50％；所述預燒過程的溫度為200～500℃，預燒時間為2～4小時；所述高溫燒結可以為真空燒結、多氣氛(N₂、H₂和/或Ar)燒結或高溫壓力燒結，真空燒結或多氣氛燒結的燒結溫度為1420～1520℃，保溫時間為50～90分鐘；所述高溫壓力燒結的燒結溫度為1420～1470℃，保溫時間為50～70分鐘。