[發明專利]高TiC含量鐵基金屬陶瓷材料的燃燒合成制備方法

無效

• 申請號: 201110359021.9
• 申請日: 2011-11-14
• 公開（公告）號: CN102383022A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 王華彬
• 申請（專利權）人: 王華彬
• 主分類號: C22C29/10
• 分類號: C22C29/10;C22C32/00;C22C38/00;C22C1/04;C22C33/02
• 代理公司: 馬鞍山市金橋專利代理有限公司 34111
• 代理人: 唐宗才

技術領域

本發明涉及一種鐵基金屬陶瓷材料的制備方法，特別是涉及一種高TiC含量的鐵基金屬陶瓷材料制備方法。

技術背景

由于鎢和鈷資源的限制，許多西方國家重點發展以TiC陶瓷為增強相，鎳和鎳合金為粘結相的無鎢鈷硬質合金，并得到了批量生產。95％的貧鎢國家都逐漸使用TiC－Ni系金屬陶瓷來替代鎢鈷硬質合金。用資源更為豐富，價格更低廉的鐵和鐵合金作為粘合相的金屬陶瓷則是未來研究的發展方向。這對于象我國這樣鎳資源并不豐富的國家，開發鐵基金屬陶瓷的意義就更大。用鐵基粘合相代替鎳基粘合相，?大大降低了鐵基金屬陶瓷的制備成本。其制備成本只有鎳基金屬陶瓷的一半。為金屬陶瓷的大規模商業推廣奠定了堅實的基礎。由于鐵的化學活性較鈷和鎳高，更易于氧化，其與TiC的潤濕性也較鎳和鈷差，加上液相燒結溫度較鎳基金屬陶瓷要高不少，目前國內外發展的鐵基金屬陶瓷的性能尚不理想，特別是關鍵指標孔隙度過大，嚴重制約了其在航天、航海、軍工等行業特殊工況下的應用。在低TiC含量（40wt％以下）的鐵基金屬陶瓷，?由于這類鐵基金屬陶瓷可以通過高溫鍛造工藝來消除燒結后的基體組織中存在著一定數量的孔洞，然后通過熱處理工藝來獲得高硬度。但是這類鐵基金屬陶瓷雖然室溫具有很高的硬度，但是高溫強度和硬度卻顯得不足，這就難以發揮出金屬陶瓷的優勢。這類鐵基金屬陶瓷我國有GT35和R5（TiC陶瓷含量分別為35wt％和40wt%））兩種牌號，?其在退火態的硬度分別只有HRC46和HRC48，難以滿足高溫（如高速切削）需求。對于TiC含量超過45wt％以上的鐵基金屬陶瓷，?由于燒結孔隙率難以降低，材料性能難以滿足應用需求，?至今國內外尚未有得到實際應用的報到。

發明內容

本發明的目的是提供一種高TiC含量的鐵基金屬陶瓷材料的燃燒合成制備方法。經過大量的試驗和優化，得到了鐵基粘結相的最佳成份，使得鐵基粘結相在高溫燃燒合成時，能夠與TiC陶瓷相充分潤濕，即使在高TiC陶瓷含量的情況下，也能獲得接近完全致密的鐵基金屬陶瓷。

本發明高TiC含量鐵基碳化鈦金屬陶瓷的燃燒合成制備方法是這樣的（大于45wt％的TiC含量）。鐵基金屬陶瓷的成份配方為：TiC為45wt％－80wt％，鐵基粘結相的含量在20wt％－55wt％；其中鐵基粘結相的最佳成份為：Fe為65?wt％－80wt％，Mo為1?wt％－5wt％，Ni為2?wt％－10wt％，Mn為0wt％－10wt％，Cr為10?wt％－22wt％，Ti為0?wt％－2.5wt％，Si為0?wt％－2.5wt％。將以上配好的粉末混合均勻后，壓制成10?x?10?x?2厘米的毛坯；然后將毛坯放入模具中，抽真空；然后通電引燃，?100秒后，加壓致密化，就可獲得完全致密的鐵基金屬陶瓷。

為了減少了鐵粉在鐵基金屬陶瓷燒結過程中的氧化，提高制備出鐵基金屬陶瓷的性能，鐵基粘結相中的鐵也可以用不銹鋼粉替代加入。?

上述鐵基金屬陶瓷的成份配方中，?TiC的部分可用TiN代替，TiN的代替量不超過TiC的?5wt％。

由于本發明可以大大改善鐵基粘結相與碳化鈦陶瓷相之間的潤濕性，使得鐵基粘結相與碳化鈦陶瓷在高溫燃燒合成時能夠充分潤濕，從而可以獲得完全致密的鐵基金屬陶瓷。制備的金屬陶瓷中的TiC含量高，其硬度硬，耐磨性和高速切削性能好，而且其比重低，適宜在高速切削刀具,高溫高速軸承和齒輪，坦克裝甲，航空航天部件，及其它高溫耐磨零件上應用。

具體實施方式

實施例一：鐵基金屬陶瓷的配方：Ti粉為40wt％，炭黑為wt11％，Fe粉為39wt％，Mo粉為1wt％，Ni粉為4wt％，Cr粉為5wt％，Si粉為1wt％，以上金屬粉的粒度均為200目。配好的粉末在混合均勻后，首先被壓制的10?x?10?x?2厘米的毛坯；然后將毛坯放入模具中；然后，抽真空；然后通電引燃，?100秒后，加壓致密化，就可獲得完全致密的鐵基金屬陶瓷。金屬陶瓷硬的度達HRC67，三點彎曲強度約900MPa，彈性模量為250GPa，密度約為5.67g/cm³，?斷裂韌性為7.5MPa.m^-1/2左右。此例中鐵基粘結相的成份是：Fe含量約78wt％，Mo含量為2wt％，Ni含量為8.9wt％，Cr含量為10wt％，Si含量為2wt％。TiC陶瓷相為50wt％。