[發明專利]一種粘結相雙強化的金屬陶瓷材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202011204906.7
• 申請日: 2020-11-02
• 公開（公告）號: CN112410645A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 孔德方;吳建兵;夏艷萍;朱立榮;汪巍;謝英
• 申請（專利權）人: 株洲硬質合金集團有限公司
• 主分類號: C22C30/02
• 分類號: C22C30/02;C22C29/10;C22C29/06;C22C1/05;C22C1/10
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;林毓俊

本發明公開了一種粘結相雙強化的金屬陶瓷材料及其制備方法，按照質量百分數，由添加相：0～45％，粘結相：10～50％，余量為硬質相組成，各組分重量百分比之和為100％；其中：添加相為WC、(Ti,W)C、Mo、Mo₂C、TaC、NbC、Cr、Cr₃C₂、VC中的一種或多種；所述粘結相為Ni?Cu?Al或者Ni?Cu?Al?Co，Al以AlB₂粉的形式添加，其它金屬組份以金屬單質的形式添加；所述硬質相為TiC、TiN和Ti(C,N)中的一種或多種。本發明采用Ni₃Al沉淀強化和Ni?Cu固溶強化雙強化粘結相，能制備得到一種高紅硬性、耐磨損、抗氧化性、耐腐蝕，高強度的金屬陶瓷材料，優異的高溫性能，特別適合高速切削領域。

技術領域

本發明屬于陶瓷相與金屬相組成的復合材料技術領域，具體涉及一種粘結相雙強化的金屬陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

Ti基金屬陶瓷材料具有較高的紅硬性、耐磨性以及較好的抗氧化能力，是用來制作高速高效切屑刀具的理想候選材料，但是其強韌性不足，制約了其推廣應用。

中國專利CN107345284A通過引入Ni-Cu無限互溶連續固溶體，達到固溶強化的設計思路，其規定Cu含量÷(Ni+Co)含量≤1，Co含量≤Ni含量，保證粘結相對硬質相的潤濕性，制備了一種生產成本低、密度小、強韌性好、耐磨性和耐腐蝕性能優越，且可大規模生產的金屬陶瓷材料。目前，硬質合金硬質相一般為WC，粘結相一般為Co，Co雖然在韌性等方面有著明顯的優勢，但其耐磨性、紅硬性和抗氧化性等方面則不足。金屬間化合物Ni₃Al，具有一系列優異的力學性能，尤其是耐高溫、抗氧化、耐腐蝕以及良好的抗疲勞，很高的比強度等獨特的性能，同時金屬間化合物Ni₃Al的屈服強度在峰值溫度以下，具有正溫度效應，兼之其對WC的潤濕性與鈷相當，從而使金屬間化合物Ni₃Al成為了一種新的具有潛力的粘結相。但是Ni與Al反應生成Ni₃Al的反應過程比較激烈，使得生成Ni₃Al尺寸較大，從而導致最終產品的脆性。

發明內容

本發明在CN107345284A專利的基礎上，進一步引入Ni₃Al沉淀強化，提供了一種Ni-Cu固溶強化以及Ni₃Al沉淀強化的粘結相雙強化的金屬陶瓷材料及其制備方法，本發明制備得到的金屬陶瓷材料具有高強度、高耐磨性、抗氧化和耐腐蝕性的特征。

本發明這種粘結相雙強化的金屬陶瓷材料，按照質量百分數，由添加相：0～45％，粘結相：10～50％，余量為硬質相組成，各組分重量百分比之和為100％；

其中：添加相為WC、(Ti,W)C、Mo、Mo₂C、TaC、NbC、Cr、Cr₃C₂、VC中的一種或多種；所述粘結相為Ni-Cu-Al或者Ni-Cu-Al-Co，Al以AlB₂粉的形式添加，其它金屬組份以金屬單質的形式添加；所述硬質相為TiC、TiN和Ti(C,N)中的一種或多種。

優選的，所述的粘結相雙強化的金屬陶瓷材料，按照質量百分數，由添加相：15～40％，粘結相：12～30％，余量為硬質相組成，各組分重量百分比之和為100％。

優選的，所述的粘結相中，Al在粘結相中的質量百分數≤10％。

優選的，所述的粘結相中，Ni-Cu-Al-Co的原料的比例為(10～20):(5～19):(0.5～1.5):(0～10)。

本發明這種粘結相雙強化的金屬陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將添加相、粘結相和硬質相的各種原料按照配比進行稱料，配入成型劑，然后放入球磨機進行濕磨；