[發明專利]添加氧化鋁包覆立方氮化硼復合粉體的(Ti,W)C基金屬陶瓷刀具材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010515574.8
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111485155A
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 衣明東;李德芃;方斌;許崇海;肖光春;張靜婕;陳照強
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: C22C29/04
• 分類號: C22C29/04;C22C1/05;C22C1/10;B22F1/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 韓獻龍

本發明涉及一種添加氧化鋁包覆立方氮化硼復合粉體的(Ti,W)C基金屬陶瓷刀具材料及其制備方法，其是由以下質量百分比的主要原料經熱壓燒結而成：鈷2～8％，鎳1～5％，鉬5～10％，氧化鋁包覆立方氮化硼復合粉體1～20％，其余為(Ti,W)C；各組分質量百分比之和為100％。本發明刀具材料形成了以(Ti,W)C為陶瓷基體、c?BN為核、Al₂O₃為中間層、金屬相為殼的多層核殼微觀結構；有效提高了刀具材料的致密性，緩和了刀具內部界面應力集中和金屬陶瓷晶粒異常長大問題，并解決了c?BN在高溫下向h?BN轉變導致力學性能降低的問題，所得刀具材料具有較好的力學性能，尤其抗彎強度和斷裂韌性得到大幅度提高。

背景技術

(Ti,W)C基金屬陶瓷材料是在WC-Co系硬質合金和TiC-Ni系金屬陶瓷基礎上發展起來的一種新型的固溶體基金屬陶瓷；其是以(Ti,W)C為硬質相，同時添加WC、TaC等難熔金屬碳化物或氮化物，并以鈷、鎳等為黏結劑的一類復合材料。與傳統的WC-Co基硬質合金相比，(Ti,W)C基金屬陶瓷刀具在700～1100℃的高溫紅硬性、耐磨性、熱穩定性、抗氧化性和抗粘附性好，切削溫度高，其切削速度、使用壽命分別提高3～10倍和2～5倍，且主要原料資源豐富，成本低，是WC-Co基硬質合金高速高效刀具的理想升級替代產品。相比TiC-Ni基金屬陶瓷材料，(Ti,W)C固溶體中WC的存在使得硬質顆粒與粘結相的潤濕性更好(TiC與Ni在真空條件下1450℃時的潤濕角是30°，而WC與Ni在相同條件下的潤濕角是0°)。相比Ti(C,N)基金屬陶瓷材料，(Ti,W)C不含N元素，因此不存在Ti(C,N)基金屬陶瓷高溫燒結時脫氮進而造成孔隙增加、強度降低的問題。因此，(Ti,W)C基金屬陶瓷被看作是有較大發展潛力的硬質復合材料。

中國專利文獻CN106316398A公開了一種添加立方氮化硼的碳化鎢鈦基陶瓷刀具材料及其制備方法。該刀具材料原料組分質量百分比為：微米碳化鎢鈦80-84％，納米立方氮化硼1-5％，納米鈷15％；該發明以立方氮化硼作為增強相，達到了顆粒彌散增強效果。但在高溫下立方氮化硼易于向六方氮化硼發生相變，從而會產生力學性能降低的問題；由于熱膨脹失配，直接加入立方氮化硼易導致刀具材料內部應力較大，力學性能不高。中國專利文獻CN106904947A公開了一種添加h-BN@Ni核殼結構復合粉體的自潤滑陶瓷刀具材料及其制備方法；各原料組分質量百分含量為：α-Al₂O₃ 25-45％，(W,Ti)C 50-70％，鎳包覆六方氮化硼復合粉體按h-BN的質量計2-10％，MgO 0.4-1.5％。該發明可大幅提高自潤滑陶瓷刀具材料的斷裂韌性，降低陶瓷刀具材料的燒結溫度；但六方氮化硼的力學性能較差，金屬相的硬度較低，采用金屬Ni包覆h-BN可以利用金屬的良好斷裂韌性，改善刀具材料整體的斷裂韌性，但未解決抗彎強度和硬度低的問題，作為刀具使用性能較差。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明提供一種添加氧化鋁包覆立方氮化硼復合粉體的(Ti,W)C基金屬陶瓷刀具材料及其制備方法。本發明通過添加氧化鋁包覆立方氮化硼復合粉體和金屬粘結相鉬、鎳、鈷形成以(Ti,W)C為陶瓷基體、c-BN為核、Al₂O₃為中間層、金屬黏結相為殼的多層核殼微觀結構；所得多層核殼微觀結構提高了刀具材料的致密性，緩和了(Ti,W)C基金屬陶瓷刀具內部的界面應力集中問題和金屬陶瓷晶粒的異常長大問題，并成功解決了c-BN在較高溫度下向h-BN發生相變而導致力學性能降低的問題。相比不進行包覆(即直接加入c-BN、Al₂O₃和金屬黏結相)，所得刀具材料力學性能均有提高，尤其抗彎強度和斷裂韌性得到大幅度的提高。

術語說明：

c-BN@Al(OH)₃：是指氫氧化鋁包覆立方氮化硼復合粉體的簡寫；

c-BN@Al₂O₃：是指氧化鋁包覆立方氮化硼復合粉體的簡寫。

本發明的技術方案如下：