[發(fā)明專利]一種TiC塑料鋼基鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法

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• 申請日: 2017-02-11
• 公開（公告）號: CN106811660A
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發(fā)明（設計）人: 王愛華;丁家偉;丁剛;耿德英;鹿薇薇;鹿策;施孟達;陳志和;朱堅
• 申請（專利權(quán)）人: 丹陽惠達模具材料科技有限公司
• 主分類號: C22C29/10
• 分類號: C22C29/10;C22C30/00;C22C33/02;C22C32/00;C22C1/05;C22C1/10;B22F1/00;B22F3/22
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種TiC塑料鋼基鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法，屬于金屬基復合材料制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋼結(jié)硬質(zhì)合金是一種以陶瓷相和以鋼為粘結(jié)基體的復合材料，其性能介于普通硬質(zhì)合金和鋼鐵之間，同時具有一系列其他優(yōu)點，使其在許多領(lǐng)域得到廣泛的使用。目前制備此種材料的方法主要是粉末冶金方法，包括壓制成形、冷等靜壓成形、注射成形等，隨后進行真空燒結(jié)作為最終成形。利用壓制成形和冷等靜壓成形制備較大零件所需較大壓力而無能為力，制備復雜形狀的零部件較困難，同時對于制備陶瓷晶粒尺寸較小和含量較高的復合材料的時候，成形較困難且晶粒易長大；利用注射成形方法生產(chǎn)此種材料的小零部件，但此種方法不適用于較大尺寸的零部件的制備，同時此種工藝中摻雜的膠體較多，脫膠時間較長，同時坯體材料的致密度較低，不利于快速進行生產(chǎn)和致密度的提高；還有利用自蔓延燃燒合成反應方法制備此類材料，但制備的材料往往具有較低的致密度。一些以熱等靜壓燒結(jié)等作為最終燒結(jié)工藝，但是成本昂貴。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是針對現(xiàn)有的鋼結(jié)硬質(zhì)合金在成形和燒結(jié)方面存在難以快速、經(jīng)濟的制備晶粒尺寸較小及含量較高、較大尺寸、復雜形狀零件等方面的困難，提供一種制備大尺寸、復雜形狀且生產(chǎn)工藝簡單、成本較低的TiC塑料鋼基鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法。

本發(fā)明提供一種TiC塑料鋼基鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法，包括以下過程：

（1）按照比例稱量30～60%碳化鈦粉和33～60%塑料鋼基體粉，0.03～0.3% Ce, 0.05～0.3% Nb，0.1～0.8％ SiMgRe，0.2～0.6％石墨粉，5～10％羰基鐵粉，將所述粉末和稀土、Nb粉末放入球磨機中進行混合及破碎，其中添加無水乙醇為過程控制劑，將混合粉放入真空干燥箱中進行干燥，干燥后備用；

（2）把有機單體和引發(fā)劑加入到溶劑中制備預混液；

（3）將干燥的混合粉加入到預混液中并攪拌均勻，在攪拌過程中加入體積百分數(shù)為漿料的1～3%的油酸，以提高漿料流動性和分散性；

（4）加入催化劑和pH調(diào)節(jié)劑并攪拌均勻，得到漿料；將漿料注入模具并用抽真空或震動法除氣泡，漿料固化成形，反應一定的時間后脫模，即得坯體；

（5）將坯體放入真空干燥箱中進行干燥，將干燥后的坯體進行脫膠和最終的燒結(jié)；

第一，所述的塑料鋼基體包括SM3Cr2Mo2、SM3Cr2Ni1Mo、5CrNi1MnMoVSCa、8Cr2MnWMoVS中之一種；

第二，所述的有機單體為丙烯酸羥乙酯、溶劑為甲苯、引發(fā)劑為過氧化苯甲酰；其中有機單體和溶劑的體積比為1：2～2：1，每100 ml預混液中引發(fā)劑的含量為0.6～1.5 g；

第三，混合粉在漿料中的體積百分數(shù)為40～60%；

第四，所用引發(fā)劑為二甲基苯胺，添加量占漿料體積的百分比為0.1～0.2%；

第五，所用pH調(diào)節(jié)劑為氨水，調(diào)節(jié)PH值為7～8；

第六，脫膠和燒結(jié)采用真空燒結(jié)爐進行一體化燒結(jié)，工藝為：坯體在400～500 ℃保溫1～3 h進行脫膠，在1400～1450 ℃保溫1～2h進行最終燒結(jié)。

有益效果

本發(fā)明的有益效果為：

1、本發(fā)明使得能夠快速、經(jīng)濟的制備晶粒尺寸較小、較大尺寸、復雜形狀的零件。

2、凝膠注模成型技術(shù)是在低粘度、高固相體積分數(shù)的粉體—溶劑濃懸浮體中，加入有機單體，然后在催化劑和引發(fā)劑的作用下使懸浮體中的有機單體化學交聯(lián)聚合或物理交聯(lián)成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使懸浮體原位固化成型，最后將坯體中少量的膠體排出，再進行燒結(jié)得到致密部件。凝膠注模成形能降低坯體中大氣孔的數(shù)量，孔徑分布更加均勻，提高了坯體的均勻性；凝膠注模成形周期短，制品的結(jié)構(gòu)與密度均勻，不會出現(xiàn)顆粒的偏析，材料的性能穩(wěn)定可靠。此外，凝膠注模成形對模具無具體要求，被認為是提高材料可靠性，制備大尺寸、復雜形狀部件的最有效方法之一。由于凝膠注模成形可有效地控制顆粒的團聚，制備出結(jié)構(gòu)和密度均勻的坯體，從而能獲得高性能的燒結(jié)體，提高材料的使用可靠性。同時凝膠注模成形對陶瓷晶粒尺寸和含量的限制較小，使其使用范圍較廣。凝膠注模成形過程中可以還通過控制各個添加物的參數(shù)，進而控制固化時間和坯體性能等，從而滿足制備不同零部件的需求。低壓燒結(jié)過程能促進液相燒結(jié)過程中液相的流動性，能夠縮短燒結(jié)時間，有利于組織的均勻性和致密性，還能提高陶瓷相和粘結(jié)合金界面強度，從而提高材料的性能。