[發(fā)明專利]一種抗高溫軟化的金屬陶瓷材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610969130.5
• 申請日: 2016-10-28
• 公開（公告）號: CN106521206B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊梅;劉福嬌;龍劍平
• 申請（專利權(quán)）人: 成都理工大學(xué)
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C29/04
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種金屬陶瓷材料的制備方法，特別涉及抗高溫軟化的金屬陶瓷材料的制備方法，屬于復(fù)合材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

Ti(C,N)基金屬陶瓷是以Ti(C,N)等為基，Ni/Co為粘結(jié)劑，并添加WC、Mo₂C、TaC等碳化物采用粉末冶金方法制備的多相固體材料。由于Ti(C,N)基金屬陶瓷具有低密度、低的摩擦系數(shù)、高硬度、高耐磨性和紅硬性等特點，非常適合作機(jī)械加工切削刀具材料。特別是Ti(C,N)基金屬陶瓷使用資源相對豐富的Ti、Ni作為主要原料，可節(jié)約稀缺的W、Co戰(zhàn)略資源，目前已經(jīng)被視為傳統(tǒng)硬質(zhì)合金的替代材料而受到重視。但是，機(jī)械加工切削刀具在服役過程中與工件高速摩擦，其接觸區(qū)的溫度可達(dá)到1000℃，因此金屬陶瓷的高溫力學(xué)性能對于其切削性能至關(guān)重要。

Ti(C,N)基金屬陶瓷中通常采用較高的Ni等粘結(jié)金屬含量，這使得其常溫強(qiáng)韌性不足的缺陷得到改善，但金屬相在高溫下易發(fā)生軟化甚至蠕變，這是金屬陶瓷高溫性能弱化的主要原因之一。Ni₃Al金屬間化合物不僅在室溫下具有高硬度、高強(qiáng)度和優(yōu)異耐磨耐蝕性能，而且具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度和高溫抗蠕變能力，在800～1000℃的溫度范圍其屈服強(qiáng)度呈現(xiàn)出反常的趨勢，即溫度升高而不降低。(陳金櫨,朱定一,林登宜.Ni₃Al基合金的研究與應(yīng)用進(jìn)展.材料導(dǎo)報,2006,20(1):35-38)。因此，將Ni₃Al金屬間化合物引入金屬陶瓷中來提高金屬陶瓷的高溫性能成為材料工程中關(guān)注的重點。ZL201410082829.0發(fā)明了一種含Ni₃Al的Ti(C,N)基金屬陶瓷，其成分的重量百分比為：TiC34.2～43％、TiN8～15％、Mo10～15％、WC5～10％、石墨0.8～1.0％、Ni20～24％、含B的Ni₃Al6～10％。該發(fā)明先以純度≥99.0％的Ni、Al和B粉為原料，按重量百分比Ni87.23～88.48％，Al11.47～12.68％，B0.5～1.0％制成混合料，對混合料進(jìn)行濕式球磨，獲得成分均勻的混合料料漿，混合料料漿干燥后，進(jìn)行真空熱處理獲得多孔疏松的含B的Ni₃Al燒結(jié)塊體；將含B的Ni₃Al燒結(jié)塊體粉碎，獲得含B的Ni₃Al粉。然后采用TiC、TiN、Mo、WC、石墨、Ni粉以及所述含B的Ni₃Al粉為原料配制金屬陶瓷混合料，再經(jīng)過模壓成形、真空脫脂和真空燒結(jié)步驟制備成以Ni₃Al和Ni為粘結(jié)劑的Ti(C,N)基金屬陶瓷。

可見，目前引入Ni₃Al的方法是基于Ni、Al金屬粉末的混合球磨和燒結(jié)破碎形成Ni₃Al粉末再加入。此種方法存在著以下問題：如Al粉球磨過程中易氧化，Al粉發(fā)生塑性變形呈片狀而破碎分散困難，預(yù)制Ni₃Al后還需經(jīng)過破碎過程工藝復(fù)雜，破碎的Ni₃Al金屬間化合物粒度控制以及后續(xù)球磨均勻分散控制困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對目前制備抗高溫軟化的金屬陶瓷材料引入Ni₃Al時采用Ni、Al粉末混合球磨、燒結(jié)破碎后以Ni₃Al粉末形式加入的方法存在的Al球磨過程中易氧化，Al粉發(fā)生塑性變形呈片狀而破碎分散困難，預(yù)制Ni₃Al后再破碎工藝復(fù)雜和球磨分散困難的問題，提出采用先制備Ni(OH)₂包覆含碳Al(OH)₃的復(fù)合粘結(jié)相，和Ni(OH)₂包覆(Ti_0.5,Mo_x,W_0.5-x)(C,N)顆粒(其中x＝0～0.5)的復(fù)合硬質(zhì)相，二者混合后經(jīng)過球磨、過濾、干燥等工序后壓制成型，最后進(jìn)行兩段氣氛燒結(jié)，即在低溫下Ar/H₂氣氛中形成Ni與Al₂O₃，在高溫下N₂中Al₂O₃與周圍C和N₂反應(yīng)生產(chǎn)AlN，AlN與Ni發(fā)生反應(yīng)而形成粘結(jié)相中含有Ni₃Al的抗高溫軟化金屬陶瓷。

本發(fā)明的抗高溫軟化的金屬陶瓷材料的制備方法，其特征在于依次包含以下步驟：