[發(fā)明專利]一種納米氮化硅和氮化硼增強(qiáng)的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910112785.0
• 申請(qǐng)日: 2009-11-13
• 公開（公告）號(hào): CN102061417A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張厚安;古思勇;葛曉宏;許龍山;章文獻(xiàn);謝能平;易繼勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門理工學(xué)院
• 主分類號(hào): C22C29/04
• 分類號(hào): C22C29/04;C22C1/05
• 代理公司: 廈門市新華專利商標(biāo)代理有限公司 35203
• 代理人: 李寧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬陶瓷材料及制備技術(shù)，尤其是一種納米氮化硅和氮化硼增強(qiáng)的碳氮化鈦(Ti(C，N))基金屬陶瓷材料及其制備。

背景技術(shù)

碳氮化鈦(Ti(C，N))基金屬陶瓷是在碳化鈦(TiC)基金屬陶瓷基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的、以Ti(C，N)為主要硬質(zhì)相，鎳、鉬為粘結(jié)相的刀具材料。其高硬度、高紅硬性、高抗氧化性和耐蝕性、以及切削時(shí)高的抗粘著磨損和抗擴(kuò)散磨損能力，特別適合鋼和鑄鐵的半精加工和精加工。目前，國(guó)外該刀具材料的用量已占可轉(zhuǎn)位刀具材料用量總量的10％～30％。而國(guó)內(nèi)，切削刀具仍多用WC基硬質(zhì)合金或陶瓷。傳統(tǒng)的WC基硬質(zhì)合金在高速切削碳鋼和鑄鐵時(shí)，耐磨性低，壽命短；而陶瓷如Al₂O₃(三氧化二鋁)、CBN(立方氮化硼)、人造金剛石等，因脆性大、成本昂貴，切削加工時(shí)易崩刃等缺點(diǎn)，限制了其在工業(yè)上的廣泛使用。目前已有的TiC基金屬陶瓷材料，雖硬度較高，但抗彎強(qiáng)度低，紅硬性和抗氧化性和高溫抗蠕變性差，無(wú)法滿足高速切削的要求。而普通的Ti(C，N)基金屬陶瓷材料存在孔多隙、低硬度、低抗彎強(qiáng)度和低韌性等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了材料的使用壽命。

專利文獻(xiàn)CN1974205A提出了表面包覆切削刀片及其制造方法，通過(guò)應(yīng)用數(shù)十至數(shù)百微米Ti、Zr、Hf、Cr、Al、Si的一種的碳化物、氮化物、氧化物、硼化物及其復(fù)合化合物包覆于碳氮化鈦基金屬陶瓷基體來(lái)制造刀片，但基體材料的性能并未得到改善。CN1638900A中提出具有硬質(zhì)包覆層的表面包覆切削工具構(gòu)件和在切削工具表面上形成該硬質(zhì)包覆層的方法，其中的包覆材料通過(guò)物理氣相沉積形成鈦的化合物，包覆層較薄，不利于提高整體材料抗彎強(qiáng)度。CN1477222A提出了以納米TiN改性的TiC或Ti(C，N)基金屬陶瓷刀具，以提高金屬陶瓷材料的使用壽命，金屬陶瓷材料的強(qiáng)度、硬度等參數(shù)不詳。CN101255512A提出了含硼的碳氮化鈦基金屬陶瓷刀具材料，其中的硼是單質(zhì)硼、二硼化鈦、氮化硼、氧化硼中的一種或多種以原料形式添加后制備得到，雖然涉及提高了切削速度及使用壽命，但是金屬陶瓷材料的強(qiáng)度、硬度等參數(shù)不詳。CN101092304A提出了SiC晶須增韌碳氮化鈦基金屬陶瓷刀片，其陶瓷材料的抗彎強(qiáng)度低于1700MPa，硬度HAC≤94.2。因晶須直徑為微米數(shù)量級(jí)且其長(zhǎng)度范圍較寬(10～40μm)，所以不利于混合均勻，對(duì)提高抗彎強(qiáng)度及耐磨性能作用有限。CN101189090A提出了金屬陶瓷制刀片及切削工具，用碳化物提高金屬陶瓷的耐磨性能。CN101265543A提出了碳氮化鈦基金屬陶瓷機(jī)械密封材料，通過(guò)起晶粒抑制劑、添加劑作用的碳化物及Y、Er，制備金屬陶瓷材料，以提高其抗彎強(qiáng)度及硬度。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述情況，本發(fā)明的目的在于提供一種添加納米氮化硅和氮化硼增強(qiáng)相的以Ti(C，N)為主相、以金屬鎳、鈷為粘結(jié)相的金屬陶瓷材料及其制備方法，它具有高硬度、高強(qiáng)度和高韌性且制備工藝易于控制并適合大批量工業(yè)生產(chǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案如下：

一種納米氮化硅和氮化硼增強(qiáng)的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料，在以碳氮化鈦Ti(C，N)為主相及金屬鎳、鈷為粘結(jié)相的基材中添加增強(qiáng)相，所添加增強(qiáng)為納米氮化硅和納米氮化硼中至少一種，該增強(qiáng)相體積含量為基材0.5～2.5％

碳氮化鈦[Ti(C，N)]主相原料為Ti(C_x，N_1-x)或(TiC)_x+(TiN)_1-x中至少一種碳氮化物，其中x數(shù)值范圍為x＝0.3～0.7。

各組分及含量(重量百分含量)為：

WC??10～20wt％??TaC??5～15wt％???Mo₂C???5～15wt％???Co??5～15wt％

Ni??5～10wt％???ZrC??0.1～2wt％??Cr₃C₂??0.1～2wt％??VC??0.1～2wt％

Si₃N₄??1.8～8.9wt％或BN??1.1～5.7wt％或(Si₃N₄)_x+(BN)_1-x??1.1～6.8wt％

Ti(Cx，N_1-x)或(TiC)_x+(TiN)_1-x為余量。

各組分及含量(重量百分含量)為：