[發(fā)明專利]一種耐磨損耐腐蝕Ti(C,N)基金屬陶瓷及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010015600.0
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號(hào): CN111004954A
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吝楠;許里偉;馬超;王祖勇
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C29/04
• 分類號(hào): C22C29/04;C22C1/05;C22C1/10
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 蔣太煒

本發(fā)明涉及一種耐磨損耐腐蝕金屬陶瓷及其制備方法。所述金屬陶瓷所用原料由以下組分按重量百分比組成：碳氮化鈦粉末45～75％；銅粉0.5～3％；添加劑A 10～30％，所述添加劑A含有碳化鎢、碳化鉬、碳化鉭中至少一種；M 10～20％，所述M含有鈷、鎳中至少一種元素；各組分重量百分之和為100％。其制備方法為：依照設(shè)計(jì)的金屬陶瓷材料成分稱取各類原料，隨后加入成型劑，經(jīng)過球磨混合均勻干燥后，將所得粉料壓制成型獲得壓坯；所得壓坯置于保護(hù)氣氛中于高溫條件下進(jìn)行燒結(jié)，冷卻，得到耐磨損耐腐蝕碳氮化鈦基金屬陶瓷材料；燒結(jié)時(shí)控制溫度大于1350℃。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種耐磨損耐腐蝕金屬陶瓷及其制備方法；具體涉及一種采用粉末冶金方法制備含銅的金屬陶瓷以提高Ti(C,N)基金屬陶瓷的耐腐蝕和耐磨損性能的方法，屬于金屬陶瓷材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

金屬陶瓷材料在耐磨零部件和切削工具領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，它是一種由金屬或合金同一種或幾種陶瓷相組成的非均質(zhì)復(fù)合材料，其中后者約占35％～80％。在高溫?zé)Y(jié)過程中，金屬相和陶瓷相之間的溶解度是很小的。Ti(C,N)基金屬陶瓷是在TiC基金屬陶瓷的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種具有低密度、高硬度、優(yōu)良耐磨性能和良好韌性的新型金屬陶瓷。金屬陶瓷的由陶瓷硬質(zhì)相和金屬粘結(jié)相組成兩相組織中的硬質(zhì)相與硬度、耐磨性直接相關(guān)，而粘結(jié)相會(huì)影響金屬陶瓷性能的強(qiáng)韌性、腐蝕行為。與傳統(tǒng)WC-Co硬質(zhì)合金材料相比，Ti(C,N)基金屬陶瓷材料在高溫紅硬性，耐磨性和抗氧化性等方面均優(yōu)于普通硬質(zhì)合金材料。在鋁合金、碳鋼等的高速切削中，金屬陶瓷的切削速度和使用壽命相較硬質(zhì)合金可以分別提高3～6倍和2～5倍。此外，金屬陶瓷材料原材料的資源豐富且成本低，是WC-Co基硬質(zhì)合金材料的理想升級(jí)替代品。

目前，研究人員主要通過成分設(shè)計(jì)優(yōu)化、粉末材料粒度控制、制備工藝優(yōu)化等各種方式增強(qiáng)增韌金屬陶瓷，使之兼具高硬度和高強(qiáng)韌性，以期獲得更大的發(fā)展。Ti(C,N)基金屬陶瓷材料的出現(xiàn)，彌補(bǔ)了現(xiàn)有高速鋼、硬質(zhì)合金等硬質(zhì)材料的不足，推動(dòng)著耐磨零部件、精密切削加工技術(shù)的進(jìn)步。文件1“一種強(qiáng)韌化碳氮化鈦基金屬陶瓷及制備方法201710240445.0”，該發(fā)明通過纖維素的加入和高溫碳化實(shí)現(xiàn)碳纖維對金屬陶瓷的纖維強(qiáng)化，但是第二相碳纖維的引入會(huì)導(dǎo)致碳元素的擴(kuò)散，對材料成分的穩(wěn)定控制不利。此外，碳纖維的引入并不能增加材料的耐磨和耐腐蝕性能。文件2“一種高強(qiáng)度碳氮化鈦金屬陶瓷密封材料及其制備方法201410139596.3”，主要是通過稀土氧化釔的加入提高材料的力學(xué)性能和抗熱震性能，但沒有明顯的提高材料的耐磨和耐腐蝕性能。但是Ti(C,N)基金屬陶瓷材料在實(shí)際服役過程中，可能會(huì)發(fā)生化學(xué)腐蝕和腐蝕磨損等行為，進(jìn)而會(huì)降低其服役性能，使得壽命顯著降低。面向復(fù)雜服役環(huán)境的Ti(C,N)基金屬陶瓷材料，不僅要求其具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，同時(shí)對其耐磨損性能、耐腐蝕性能也有著很高的要求。因此，研究提高金屬陶瓷的耐磨損和耐腐蝕性能是Ti(C,N)基金屬陶瓷的重要研究方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決金屬陶瓷刀具材料在服役過程中易腐蝕、易磨損的問題而提出一種制備流程簡便、實(shí)用性能優(yōu)異的方法。該方法可以實(shí)現(xiàn)Ti(C,N)基金屬陶瓷的綜合力學(xué)性能提高，并達(dá)到抑制金屬陶瓷粘結(jié)相腐蝕的目的，得到耐腐蝕、耐磨損性能優(yōu)異的Ti(C,N)基金屬陶瓷。

本發(fā)明一種耐磨損耐腐蝕Ti(C,N)基金屬陶瓷，所述金屬陶瓷制備所用原料由以下組分按重量百分比組成：

碳氮化鈦粉末45～75％；優(yōu)選為60～68％；

銅粉0.5～3％；

添加劑A10～30％，優(yōu)選為15～30％；所述添加劑A含有碳化鎢、碳化鉬、碳化鉭中至少一種；作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案；所述添加劑A含有碳化鎢、碳化鉬、碳化鉭中至少一種；

M 10～20％，優(yōu)選為12～20％、進(jìn)一步優(yōu)選為12～15％；所述M含有鈷、鎳中至少一種元素；作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案；所述M由鈷、鎳中至少一種組成；

各組分重量百分之和為100％；