[发明专利]一种氮碳化钛硬质合金材料的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硬质合金材料的制造方法，具体说是一种金属陶瓷硬质合金材料的制造方法，主要用于替代现在使用的氮碳化钛（TiCN）硬质合金材料制作方法，制作金属陶瓷硬质合金产品。

背景技术

金属陶瓷硬质合金，分为碳化钛和氮碳化钛两类硬质合金，其中碳化钛（TiC）是以TiC为主要成分、镍钼为粘结相制成的硬质合金。它具有高硬度、高耐磨性等特点，主要用于各种钢材的切削加工，也可用作耐磨、耐蚀零件。TiC基硬质合金出现于1929年，50年代将它作为高温金属陶瓷而进行了大量研究，这项研究基本上是失败的。由于镍对TiC的润湿性较差，易使TiC%26mdash;Ni合金产生碳化物聚集长大，使性能降低。1960年左右，美国福特公司制成了镍钼合金粘结的TiC基金属陶瓷硬质合金。在镍中添加钼，烧结时形成Mo2C，并在TiC晶粒上形成不平衡的TiC-Mo2C固溶体，得到一种环形结构晶粒。这种晶粒外壳钼含量高、钛含量低，中间部位缺钼或低钼高钛。由于金属镍对TiC-Mo2C相的润湿性较好，避免了镍和TiC直接接触，使合金性能大幅度提高。这一发现是TiC基硬质合金发展过程中的重要突破。为了扩大TiC基硬质合金的应用范围，致力于研制粗加工用高韧性牌号，日本东芝公司1971年在TiC%26mdash;Mo(Mo2C)-Ni中添加TiN有明显效果，使该合金性能大幅度提高。某些国家已研究出许多优良牌号，并已系列化。其应用范围已由精加工、半精加工扩大到粗加工，由切削扩大到铣削等苛刻条件下的加工，从切削工具应用扩大到其他工具的应用，从而使这种材料的生产和应用得到了迅速发展。1989年日本金属陶瓷硬质合金可转位刀片的产量(按片数计)已占所有可转位刀片总产量的28.3％，接近于钨钴硬质合金可转位刀片的产量。

常规的TiC硬质合金生产的工艺方法是将TiC、Ni和Mo(或Mo2C)一起进行湿磨，压坯通常于真空中在1300～1500℃下进行液相烧结；也可以采用熔渗法和高温自蔓延合成法制取。采用熔渗法制取TiC-Mo2C%26mdash;Ni合金时，预先制取TiC多孔烧结体(骨架)，然后用Ni%26mdash;Mo熔体熔渗骨架，从而形成致密烧结体；采用高温自蔓延合成法制取TiC-Mo2C%26mdash;Ni合金时，将钛粉、炭黑、钼粉和镍粉进行配料球磨、干燥和压团，然后在石墨模内进行高温自蔓延合成反应，并在燃烧波通过之后旋加0.05MN的载荷下保持6～10s。

通过检索发现有关于TiC硬质合金的专利，如：

中国专利申请号为03124597，名称为“TiC硬质合金”的发明专利公开了一种ＴｉＣ硬质合金。它由硬质相和粘结相组成，所述硬质相为ＴｉＣ或Ｔｉ（Ｃ，Ｎ），其质量百分比含量为４０－９５％；所述粘结相为Ｆｅ－Ｎｉ－Ｔｉ，其质量百分比含量为５－６０％。

中国专利申请号为CN200510031793.4，名称为“可焊接、高耐磨、高韧性碳化钛基硬质合金”的发明专利公开了另一种可焊接、高耐磨、高韧性碳化钛基硬质合金，由下述组分制备而成：以TiC或TiC与WC的混合物为主作为硬质相，以Ni、Co、Fe中的一种或两种或三种作为粘结相，再加入按硬质合金总重量计的0-10％的铜和0-10％的锰或锰的化合物，或者0-10％的铜或0-10％的锰或锰的化合物，以及适量的碳，作为添加剂。必要时，还可加入按硬质合金总重量计1-8％的碳化钽或碳化铌或两者的混合物，0.3％-5％的钒或钒的化合物，以及添加1-18％的铬或铬的化合物，0-4％的钼或钼的化合物。

但是现有的TiC硬质合金生产的工艺方法要求高，且产品的性能很难保证，因此出现了TiCN硬质合金，TiCN硬质合金实质上是TiC硬质合金的变种，其制取工艺基本上相同，包括混合料的制备、成形、烧结或热压，混合料制备时，TiC和TiN既可以TiC和TiN混合物的形式加入，亦可以Ti(C，N)固溶体的形式加入。

目前国内传统TiCN普遍使用的制备工艺是：

将80kg钛白粉（TiO₂）与30.8kg炭黑充分混合压舟后放入2300℃左右的碳管炉中烧结生产出TiC。

.取上述生产的TiC45kg,再加60kg TiO₂和18kg炭黑混合压舟后，在通入N₂的碳管炉中进行还原及氮化。为了尽可能将TiO₂中的氧还原掉和使钛（Ti）充分氮化，每一舟的烧结时间为4小时，温度为1800℃。