[發(fā)明專利]鈦硅碳在硬質(zhì)合金中的應(yīng)用

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• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106834866A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張聚國
• 申請（專利權(quán)）人: 江西理工大學(xué)
• 主分類號: C22C29/02
• 分類號: C22C29/02;C22C1/05;C22C1/10
• 代理公司: 贛州凌云專利事務(wù)所36116
• 代理人: 曾上

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及粉末冶金技術(shù)，是一種耐高溫氧化高強(qiáng)度Ti₃SiC₂硬質(zhì)合金。

背景技術(shù)

鈦硅碳(Ti₃SiC₂)是一種新型三元層狀陶瓷材料，兼有金屬和陶瓷性能于一體。既具有陶瓷的優(yōu)異性能，有較高的屈服強(qiáng)度，高熔點(diǎn)，高熱穩(wěn)定性和高溫強(qiáng)度以及良好的抗氧化、抗熱震性能和耐腐蝕性能。同時又具有金屬的性能，在常溫下具有高的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率，可以像金屬一樣用高速鋼刀具進(jìn)行機(jī)械加工，高溫下具有很好的塑性，比石墨更低的摩擦系數(shù)和更好的自潤滑性能。可應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)的滑動部件，機(jī)電工程中滑動電接觸部件。在熔煉冶金工業(yè)中，可作為彌散強(qiáng)化相，彌散強(qiáng)化銅合金或鋁合金。

在粉末冶金硬質(zhì)合金行業(yè)中，隨著原始碳化鎢、鈷粉顆粒的細(xì)化，特別是當(dāng)碳化鎢粉末粒度達(dá)到0.2微米以下時，燒結(jié)過程中碳化鎢晶粒將發(fā)生迅速長大，形成非連續(xù)長大的碳化鎢粗大顆粒，顯著降低硬質(zhì)合金的機(jī)械力學(xué)性能。因此，在燒結(jié)中晶粒特別是超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金時，往往要加入晶粒長大抑制劑來抑制碳化鎢晶粒的快速長大，盡量減少和消除這種非連續(xù)長大的碳化鎢大晶粒的形成，因此，控制合金中碳化鎢晶粒的長大是生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)。

合金致密化是合金性能最重要標(biāo)志，任何組織缺陷都會引起合金性能明顯降低，特別是孔隙度對硬質(zhì)合金的力學(xué)性能、物理性能和工藝性能都有很大影響。如在WC-Co合金中只要孔隙度達(dá)0.5％(體積分?jǐn)?shù))，抗彎強(qiáng)度就大大降低。為了降低材料的孔隙度，實(shí)現(xiàn)材料全致密，通常需要提高燒結(jié)溫度或延長保溫時間，其結(jié)果既消耗了能源，又將不可避免地造成晶粒長大。

由此可見，對于硬質(zhì)合金特別是超細(xì)硬質(zhì)合金而言，致密化與晶粒長大通常是相互制約的，但兩者又同是影響硬質(zhì)合金性能的關(guān)鍵因素。研究者為了獲得性能優(yōu)異的合金，一直致力于嘗試開發(fā)一種既能使合金全致密化，又能最大限度地控制WC晶粒長大的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種耐高溫氧化高強(qiáng)度Ti₃SiC₂硬質(zhì)合金，Ti₃SiC₂既能細(xì)化硬質(zhì)合金晶粒，阻礙晶粒長大，又能增強(qiáng)硬質(zhì)合金致密性。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種Ti₃SiC₂硬質(zhì)合金，由碳化鎢粉或碳化鎢復(fù)合粉和鈷粉與Ti₃SiC₂粉末組成，其中Ti₃SiC₂粉末占合金的質(zhì)量比為：0.1～5％。

所述的Ti₃SiC₂粉末純度大于98％、顆粒尺寸為0.01～10μm。

所述的碳化鎢復(fù)合粉含有質(zhì)量比為0.1～5％的碳化鈦、Ti₃SiC₂、碳化鎢鈦固溶體、碳化鉭、碳化鈮、碳化鉭鈮固溶體、碳化鉻、碳化鉬、碳化釩、氧化鋁、石墨中的一種或幾種的混合物。

所述的碳化鎢粉或碳化鎢復(fù)合粉顆粒尺寸為0.01～10μm，鈷粉顆粒尺寸為0.01～2μm。

本發(fā)明合金中的Ti₃SiC₂既能細(xì)化硬質(zhì)合金晶粒，阻礙晶粒長大，又能增強(qiáng)硬質(zhì)合金致密性；Ti₃SiC₂可以起到脫氧和脫氮，減少氣孔率，控制碳量，改善雜質(zhì)分布及存在狀態(tài)，改善液相流動性與潤濕性；細(xì)化晶粒、提高硬質(zhì)合金致密化的作用。不論高鈷或低鈷合金，其實(shí)際密度可以達(dá)到理論密度的99.9％。具備良好的熱穩(wěn)定性、耐腐蝕、抗熱震、抗氧化、抗裂紋等優(yōu)良特性。Ti₃SiC₂添加到硬質(zhì)合金中，提高了合金的綜合性能，不管是在刀具行業(yè)，還是在工模具行業(yè)以及其它行業(yè)，都具有廣闊的應(yīng)用前景。

具體實(shí)施方式

Ti₃SiC₂既能細(xì)化硬質(zhì)合金晶粒，又能增強(qiáng)硬質(zhì)合金致密化。本發(fā)明的Ti₃SiC₂硬質(zhì)合金由碳化鎢粉或碳化鎢復(fù)合粉和鈷粉與質(zhì)量比為0.1～5％的Ti₃SiC₂粉末，通過粉末冶金工藝制備。

(1)實(shí)施例1

成分配比(wt％)：

1μmTi₃SiC₂粉：1％、0.5μm碳化鎢粉：93％、1μm鈷粉：6％；