[發明專利]金屬陶瓷合金制備方法及其產品

有效

• 申請號: 201310487918.9
• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號: CN103589929A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 周書助;王社權;朱磊;張曉明;高凌燕;鄢玲莉
• 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;C22C1/05
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪

技術領域

本發明屬于金屬陶瓷燒結技術領域，尤其涉及一種TiCN、TiC基金屬陶瓷合金制備方法及其產品。

背景技術

人們習慣將TiC基、Ti(C,N)基金屬陶瓷復合材料直接稱為金屬陶瓷，而將傳統的WC-Co硬質合金復合材料稱為硬質合金。Ti(C,N)基金屬陶瓷在高速切削條件下具有較高的紅硬性、耐磨性、耐熱性及抗月牙洼磨損能力，是鋼材高速精加工和半精加工理想的切削工具材料。

Ti(C,N)基金屬陶瓷最基本的成分包括Ti(C,N)（或TiC+TiN）、TiC、Ni、Co和Mo（或Mo₂C），在進行金屬陶瓷的成分設計時，人們還可能根據不同的性能需要加入不同的添加劑。Ni、Co粘結相的加入主要是提高金屬陶瓷合金的強度和韌性。在高溫燒結過程中粘結相金屬已成液相狀態，由于粉末孔隙毛細管作用和液相粘結相在真空狀態下有往表面擴散的趨勢，特別是在燒結冷卻的高溫階段，金屬陶瓷在石墨發熱體和石墨內膽內，其表面的碳勢比內部高，導致表面粘結相的熔點低，內部粘結相的熔點高，冷卻時，內部先收縮，將部分液相粘結相擠出表面。冷卻速度越慢，這個過程越明顯，金屬陶瓷合金表面富粘結相越明顯。只有加快冷卻速度，才能阻止這個過程的發生。但在一般的真空燒結爐內，由于有比較厚的保溫層（筒），真空冷卻的速度是很慢且不可控的。這樣一般燒結工藝下，燒結金屬陶瓷合金表面都會有1～2μm粘結相富集層。對于數控刀片和耐磨結構件，該表面粘結相富集層一方面浪費了昂貴的粘結相金屬；另一方面也降低了金屬陶瓷合金表面涂層的結合強度，使金屬陶瓷表面涂層刀片達不到使用要求，因此，表面這一粘結相富集層是不希望出現且必須設法除去的。這樣就增加了去除表面粘結相富集層的工藝和費用。雖然去除合金表面粘結相層可以通過機械噴砂和機械拋光，但其可控性差，且可能造成合金表面，特別是對刀尖刃口的破壞。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種操作簡單、生產成本低、工藝過程容易控制、生產效率高的金屬陶瓷合金制備方法，該方法制備的金屬陶瓷合金的表面不含金屬粘結相富集層。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種金屬陶瓷合金的制備方法，包括以下步驟：

（1）配料：選用Ta、W、Mo、Cr、Ti的碳化物和TiCN作為硬質相原料，Co和/或Ni作為金屬粘結相原料，各原料的質量百分比如下：

金屬粘結相原料??6%～25%，

硬質相原料??????其余，

各原料質量百分比的總和為100%；

（2）混合：將上述準備的各原料與成型劑混合均勻；

（3）壓制：將混合后的原料進行球磨、干燥、制粒，并壓制成生坯；

（4）燒結：將上述的生坯放入燒結爐內燒結，包括以下階段：

a.低溫脫出成型劑：從室溫升溫到成型劑的氣化溫度；

b.固相氣氛升溫燒結：從成型劑的氣化溫度升溫到共晶溫度，并從800℃到共晶溫度通入CO氣體，進行氣氛燒結；

c.液相升溫燒結：從共晶溫度升溫到燒結溫度；

d.燒結保溫：燒結溫度進行保溫30min～120min；

e.快速冷卻：以45℃/min～60℃/min的速度快速冷卻（一般的冷卻為真空冷卻或者隨爐冷卻，冷卻速度比較慢，大約為15℃/min），冷卻至室溫，得到金屬陶瓷合金。

上述本發明的制備方法中，所述的金屬粘結相原料粉末的平均粒度為0.5μm～1.5μm；所述的硬質相原料粉末的平均粒度為0.5μm～3.5μm。

上述本發明的制備方法中，所述的成型劑氣化溫度是指有助于原料壓制成生坯的成型劑（例如聚乙二醇）在燒結過程中從坯體中氣化脫出的溫度，一般為400℃～500℃；所述共晶溫度指金屬硬質相如WC與粘結相如Co形成共晶的溫度點，也是開始出現液相的溫度點，隨金屬陶瓷合金成分的不同，共晶溫度點略有差異，一般為1270℃～1380℃，優選為1320℃～1350℃；所述燒結溫度指產品燒結時的溫度，為1430℃～1530℃。

上述本發明的制備方法中，所述的固相氣氛升溫燒結，通入CO氣體起始溫度為800℃～1100℃，壓力為50Pa～500Pa，結束溫度為共晶溫度。

上述本發明的制備方法中，所述快速冷卻階段，打開燒結爐兩端保溫層，打開的距離為30cm～40cm，真空快速冷卻（由于普通的冷卻未打開保溫層，故冷卻速度慢）。