[發(fā)明專利]一種高強(qiáng)度碳氮化鈦金屬陶瓷密封材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410139596.3
• 申請(qǐng)日: 2014-04-09
• 公開（公告）號(hào): CN103981419A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李友寶;勵(lì)永平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧波東聯(lián)密封件有限公司
• 主分類號(hào): C22C29/04
• 分類號(hào): C22C29/04;C22C1/05
• 代理公司: 寧波市鄞州盛飛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 33243
• 代理人: 張向飛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種密封材料及其制備方法，尤其涉及一種高強(qiáng)度碳氮化鈦金屬陶瓷密封材料及其制備方法。

背景技術(shù)

密封材料可以承受接縫位移以達(dá)到氣密、水密目的。目前，密封材料主要有金屬材料，如：鋁、鉛、銦、不銹鋼等；非金屬材料，如：橡膠、塑料、陶瓷、石墨等；復(fù)合材料，如：橡膠-石棉板、氣凝膠氈-聚氨酯等。而目前使用最多的密封材料應(yīng)該是橡膠類彈性體密封材料，但是，橡膠類彈性體密封材料也存在著明顯的缺點(diǎn)，比如：容易老化，耐候性較差，耐腐蝕性較差，加上橡膠本身的彈性增大了密封材料與基體之間的摩擦力，加劇了兩者之間的磨損，使的橡膠類彈性體密封材料壽命較短。因此，急需開發(fā)一種新的密封材料來(lái)改善目前的狀況。

金屬陶瓷是由陶瓷硬質(zhì)相與金屬或合金粘結(jié)相組成的結(jié)構(gòu)材料，它兼有金屬和陶瓷的優(yōu)點(diǎn)：高強(qiáng)度、高硬度、耐磨損、耐高溫、抗氧化、化學(xué)穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱性好，不會(huì)因?yàn)轶E冷或驟熱而脆裂，同時(shí)又具有較好的金屬韌性和可塑性。因此，如果采用金屬陶瓷制備密封材料，使密封材料同時(shí)具有金屬和陶瓷的優(yōu)點(diǎn)，既擴(kuò)大了金屬陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域，也使金屬陶瓷制成的密封材料具有廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提出了一種強(qiáng)度高、密封性能好、使用壽命長(zhǎng)的碳氮化鈦金屬陶瓷密封材料。

本發(fā)明的目的可通過(guò)下列技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種高強(qiáng)度碳氮化鈦金屬陶瓷密封材料，所述密封材料由以下重量份數(shù)粉料組成：碳化鈦粉：50-100份，氮化鈦粉：1-28份，鎳粉：5-12份，碳化鎢粉：1-8份，鉬粉：1-8份，氧化釔粉：0-6份，炭黑：0.1-1.5份。

本發(fā)明高強(qiáng)度密封材料是采用碳氮化鈦金屬陶瓷材料制成，其中，碳氮化鈦金屬陶瓷是在碳化鈦基金屬陶瓷基礎(chǔ)上開發(fā)出來(lái)的一種具有更高的紅硬性、力學(xué)性能、抗氧化、化學(xué)穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性的金屬陶瓷材料。它是在碳化鈦粉的基礎(chǔ)上，以部分氮化鈦粉替代碳化鈦粉共同組成硬質(zhì)相，以鎳粉為粘結(jié)相，并添加一定量的鉬粉以增強(qiáng)粘結(jié)相與硬質(zhì)相之間的潤(rùn)滑性，同時(shí)，還加入了碳化鎢粉、氧化釔粉和炭黑三種添加劑。在這些組成碳氮化鈦金屬陶瓷材料的粉料中，每種粉料的添加及其添加量都會(huì)影響最終制成的碳氮化鈦金屬陶瓷材料的性能。因此，本發(fā)明碳氮化鈦金屬陶瓷的組成粉料及其重量份數(shù)都是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)研究得出的。

由于碳化鈦和氮化鈦具有相同的NaCl型晶體結(jié)構(gòu)，在碳化鈦中加入氮化鈦后，碳化鈦中的碳原子可以被氮原子取代從而生成連續(xù)的碳氮化鈦固溶體，并且顆粒的尺寸明顯變小，且相對(duì)更加均勻。而根據(jù)Hall-Petch公式可知，硬質(zhì)相顆粒的尺寸細(xì)化可以明顯提高材料的屈服強(qiáng)度。另外，氮化鈦的彈性模量大于碳化鈦的彈性模量，因此用氮化鈦代替部分碳化鈦后使得金屬陶瓷的彈性模量升高，再根據(jù)Griffith-Orowan方程可以得出添加氮化鈦后可以提高金屬陶瓷的抗彎強(qiáng)度。但是顆粒細(xì)化程度并非與氮化鈦的含量成線性關(guān)系，在本發(fā)明碳化鈦添加量的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)伒募尤肓看蠹s在35份以后，其硬質(zhì)相顆粒尺寸不會(huì)進(jìn)一步細(xì)化。通過(guò)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)以及經(jīng)濟(jì)效益方面的考慮，本發(fā)明最終確定氮化鈦的加入量不超過(guò)28份。

碳氮化鈦金屬陶瓷通常都以鎳-鈷組成的混合物作為粘結(jié)相，而考慮到鈷的資源稀缺性和最終產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益，本發(fā)明只采用鎳作為碳氮化鈦金屬陶瓷的粘結(jié)相，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定了鎳的最佳添加量。另外，本發(fā)明還加入了鉬粉，鉬粉溶進(jìn)碳氮化鈦組成包覆層包覆在硬質(zhì)相顆粒邊緣，極大的改進(jìn)了陶瓷硬質(zhì)相與金屬粘結(jié)相之間的潤(rùn)滑性并阻止硬質(zhì)相之間的聚集和長(zhǎng)大，但是包覆層本身為脆性相，因此包覆層厚度應(yīng)適宜。經(jīng)長(zhǎng)期試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明碳化鈦和氮化鈦加入量的基礎(chǔ)上，當(dāng)鉬粉加入量超過(guò)8份時(shí)，材料的抗彎強(qiáng)度明顯下降。

由于原料粉末中過(guò)多的氧雜質(zhì)或氮化鈦粉末的分解，會(huì)導(dǎo)致組織缺C，在這些缺C的組織中會(huì)生成一種化學(xué)式為（Ni₂Mo_2.5W_1.3）C_x的特殊化合物，該化合物的出現(xiàn)有利于提高材料的硬度和抗彎強(qiáng)度，但是會(huì)降低材料的斷裂韌性。因此，本發(fā)明在碳氮化鈦基金屬陶瓷中加入了少許炭黑和碳化鎢粉，在提高材料的硬度和抗彎強(qiáng)度的同時(shí)，材料的斷裂韌性不至于降低太多。