[發明專利]納米WC－Co復合粉改性的Ti(CN)基金屬陶瓷及其制備方法

有效

• 申請號: 200810031011.0
• 申請日: 2008-04-07
• 公開（公告）號: CN101255520A
• 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: C22C29/02
• 分類號: C22C29/02;C22C30/00;C22C1/05
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所
• 代理人: 趙洪

技術領域

本發明涉及一種以碳氮化物為基的金屬陶瓷，尤其涉及一種納米復合粉改性的碳氮化鈦(Ti(CN))基金屬陶瓷及其制備方法。

背景技術

傳統顆粒的金屬陶瓷合金由于原料粉末的粒徑較大，在加工成合金刀具以后更容易產生裂紋，加上結構的不均勻，加工后的刀具也表現出較差的韌性。近年來納米技術與納米材料的研究工作已成為研究熱點，很多納米粉末的制備已進入產業化階段。由于超細粉體的獨特尺寸效應和表界面效應，使得納米材料具有優秀的物理、力學和機械性能。然而，同樣由于納米粉體的尺寸效應和表界面效應，使得納米粉體的團聚十分嚴重，納米級致密塊體材料的生產制備也變得非常困難，例如納米級硬質合金和金屬陶瓷致密塊體材料的研究就尚處于起步階段。后研究發現，在微米或者亞微米粉體材料的制備過程中，通過加入納米粉體改變其精細組織結構，也能使微米或者亞微米材料的性能得到很大的提高。中國專利02138161.5就公開了一種以納米TiN改性的TiC或Ti(C，N)基金屬陶瓷刀具，該刀具通過在原料粉末中添加納米TiN粉末，提高了TiC或Ti(C，N)基金屬陶瓷刀具的硬度、耐磨性、耐蝕性、抗氧化性等性能指標，與普通的硬質合金刀具相比，大大提高了刀具使用壽命和切削效率。但在高速切削條件下，特別是在加工一些難加工的材料時，由于面臨切削溫度高、切削力大、加工硬化嚴重等惡劣工況，現有的Ti(CN)基金屬陶瓷合金顯得難以對付，刀具的耐用度和壽命不高，因此如何進一步提高金屬陶瓷材料的高溫強度與硬度，提高其紅硬性與耐磨性就變得非常重要。

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，提供一種斷裂韌性、耐磨性和切削性能更加優良、強度和硬度更高、加工質量更好、使用壽命更長的納米WC-Co復合粉改性的Ti(CN)基金屬陶瓷，還提供一種該金屬陶瓷的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為一種納米WC-Co復合粉改性的Ti(CN)基金屬陶瓷，以Ti(CN)作為主要基材，以鈷和/或鎳作為粘結相，其特征在于所述金屬陶瓷是由下列各質量分數的原料粉末混合后，經粉末冶金工藝制備得到：

納米WC-Co復合粉????????6～27％

Ti(CN)粉和碳化鈦粉?????35～65％

鉭鈮固溶體粉末?????????2～15％

碳化鉬粉或鉬粉?????????1～15％

鈷和/或鎳??????????????6～25％

上述納米WC-Co復合粉中的鈷在該復合粉中的質量分數為5～20％，Ti(CN)粉和碳化鈦粉中碳原子與氮原子的摩爾比為3∶7～7∶3。所述的“鈷和/或鎳”是指可單獨選用鈷或者鎳，也可同時選用鈷和鎳兩種金屬粉末，當選用鈷和鎳兩種金屬粉末作為原料時，二者可以任意比混合，但總含量的質量分數須滿足6～25％的要求。

上述納米WC-Co復合粉的粒度為100納米以下。

上述納米WC-Co復合粉以外的其他原料粉末為微米或亞微米粉末，其純度大于99％，且平均粒度小于1.5微米。

本發明還提供了一種上述納米WC-Co復合粉改性的Ti(CN)基金屬陶瓷的制備方法，依次包括以下工藝步驟：原料粉末的球磨破碎、納米WC-Co復合粉的分散、按比例混合各原料粉末、原料粉末的球磨分散、球磨漿料的干燥、精密壓制成形(得到毛坯)、預燒以及高溫燒結(燒結后得到金屬陶瓷)；所述高溫燒結可以是真空燒結方式、多氣氛(N₂、H₂、Ar中的一種或多種)燒結方式或者高溫壓力燒結方式；

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，加入原料粉末總重量0.3～1％的分散劑和4～5％的粘結劑，球料比為1∶6～12，球磨轉速可以控制在30～40轉/分鐘，球磨分散時間可以控制在20～90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，干燥溫度為80～95℃，干燥時間90～150分鐘；所述預燒的溫度為200～500℃，時間為2～4小時；所述真空燒結或多氣氛燒結方式的燒結溫度為1400～1470℃，保溫時間為50～90分鐘；所述高溫壓力燒結方式的燒結溫度為1390～1440℃，壓強為45～70個標準大氣壓，保溫時間為40～60分鐘。