[發明專利]一種納米粒子界面強化的高氮含量Ti(C,N)基金屬陶瓷材質及其制備方法

有效

• 申請號: 202010013582.2
• 申請日: 2020-01-02
• 公開（公告）號: CN111378888B
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 董定乾;向新;楊偉;黃波;陳虹松
• 申請（專利權）人: 四川輕化工大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C29/04;C22C1/05;C22C1/10;B22F9/04;B22F3/10;B22F3/24;C23C8/24
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 李穎

本發明提供了一種納米粒子界面強化的高氮含量Ti(C,N)基金屬陶瓷材質及其制備方法，屬于金屬陶瓷合金技術領域，包括壓制混合粉末，所述壓制混合粉末的基本配料包括：(MoTi)(C_x,N_1?x)，WCR,ZrNbC，ZrNbHfC，TiC納米粉末，TiN納米粉末，Co?Ni，碳粉，所述壓制混合粉末的基本配料還包括以下化合物中的至少一種：(TiWTa)(C_x,N_1?x)和/或(TiWNb(C_x,N_1?x)，其余量為主成分Ti(Cx,N_1?x)；主成分Ti(C,N)中的氮量處于高氮比例。制備金屬陶瓷具有更高的抗彎強度和斷裂韌性，其制備方法易操作，適宜于批量生產。

方法領域

本發明屬于金屬陶瓷合金技術領域，具體是一種納米粒子界面強化的高氮含量Ti(C,N)基金屬陶瓷材質及其制備方法。

背景方法

Ti(C,N)基金屬陶瓷采用粉末冶金方法制取的金屬與陶瓷的復合材料，具有高紅硬性、高耐磨性、熱膨脹系數小、化學穩定性好、極低的摩擦系數以及原料資源豐富、成本低等優點而受到國內外的普遍關注，成為當前熱門和極具潛力的材料。與傳統的WC-Co硬質合金相比，該類材料填補了硬質合金與A1₂O₃、ZrO₂等陶瓷刀具等材質需求之間的空白，綜合兩者優勢，應用前景巨大，并且有效的節約普通硬質合金刀具所必須的Co，Ta和W等貴重稀有金屬。與傳統硬質合金相比，金屬陶瓷在切削導致的高溫條件下(700～1100℃)，仍具有較好的耐磨性、硬度、化學穩定性和抗粘附性。Ti(C,N)基金屬陶瓷合金由于具有高硬度、高耐磨性、高耐熱性和高的化學穩定性等獨特的性能，近些年來在新型高性能金屬陶瓷刀具材料的切削領域得到較為廣泛的應用。

近年來隨著切削機床飛速進步，對制造切削刀具的材料提出了更高的要求，Ti(C,N)基金屬陶瓷雖通過表面涂層處理提升切削性能，但作為基體的Ti(C,N)基金屬陶瓷繼承陶瓷材料的易崩損性，即材料韌性較差，在面對較大加工量(中重切削)、被加工材質較硬(淬硬模具鋼等)、難加工材料(不銹鋼的加工硬化、復合材料的復雜組成)或斷續加工時，易發生刀刃處的突然崩損失效、刀刃與工件表面交接處的溝槽磨損失效等問題，在使用范圍及加工領域均受到了較大限制。開發高性能(高硬度、高強度、高的綜合耐磨性能，簡稱“三高”)長壽命Ti(C,N)基金屬陶瓷合金材料成為近幾年Ti(C,N)基金屬陶瓷研究的焦點。

金屬陶瓷因為具有高強度、高硬度、耐磨損、耐高溫、抗氧化和化學穩定性等優良的綜合性能，制成刀具后對于特定難加工工件切削、加工工具有良好效果。Ti(C,N)基金屬陶瓷與金屬材料(如:鑄鐵、銅材、不銹鋼等)的摩擦系數和粘附性低，這使得其在切削過程中可降低摩擦力，可提高切削速度和加工件的表面光潔度和制品的質量。金屬陶瓷刀具的硬度比硬質合金刀具高，抗氧化性能好，并且斷裂韌性和抗彎強度比非金屬陶瓷刀具高，其更適合于對鋁合金、不銹鋼、高強度鋼的加工，金屬陶瓷刀具不僅可以大大提高生產效率，還可以解決高速鋼和硬質合金刀具的主要成分鎢資源在全球范圍內的資源枯竭問題。然而，金屬陶瓷的耐磨性、高硬度、紅硬性和抗氧性都比硬質合金更突出，但其韌性不足，現有的金屬陶瓷刀具產品脆性大，抗變能力小，韌性低，在切削加工時易發生破損，可靠性較差，不穩定，易發生“崩刃”現象，面對高速加工高強度材料時，力不從心，使用壽命有限。盡管一些現有金屬陶瓷的強度和韌性得以改善，然而當出現有的金屬陶瓷的切削工具用于150m/min以上斷續切削時，熱量積聚在切削工具的切削刃及其附近，會導致后刀面磨損、前刀面磨損(月牙洼磨損)、熱龜裂和由此導致的斷裂，呈現強度和韌性不足。目前普遍認為造成Ti(C,N)基金屬陶瓷韌性較低的主要原因為合金的主要組成Ti(C,N)與合金粘結相之間較差的潤濕性，即兩者無法形成較強力的化學結合或其他結合方式，應力易在晶界界面處集中，并沿著結合力較差的 Ti(C,N)硬質相/粘結相界面處釋放，易形成裂紋并迅速擴展，從而產生失效。因此，金屬陶瓷作為一種好的硬質材料在刀具行業仍無法得到廣泛應用。

發明內容