[发明专利]含Al2O3镍基粘结相超细金属陶瓷粉末及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及金属陶瓷领域，尤其涉及含Al₂O₃镍基粘结相超细金属陶瓷粉末及其制备方法和用途。

背景技术

TiC基金属陶瓷材料，因其原料成本低廉、性能较为优异，广泛用作切削刀具、模具、耐磨零件等，是替代某些牌号硬质合金的理想材料。由于TiC基金属陶瓷材料脆性较大，强度较低，使用寿命较短等缺陷，限制了TiC基金属陶瓷材料更广泛的应用。

超细金属陶瓷材料具有优异的综合性能，是当今国内外金属陶瓷材料研究和开发的重要方向。制备超细金属陶瓷材料必须采用高质量的超细金属陶瓷材料粉末。目前国内大多数企业在制备超细金属陶瓷材料粉末时，采用粒度较粗的纯镍粉作粘结相，但粒度较粗的镍粉(≥1μm)难以与超细碳化钛粉、钼粉和炭黑粉混合均匀，这致使超细金属陶瓷烧结后易产生镍池，并增加了金属陶瓷晶粒聚集长大的趋势，从而导致超细金属陶瓷成品质量较差、使用寿命较低。另外，以纯镍粉作粘结相，粘结相中不含弥散强化相质点，也难以保证超细金属陶瓷成品的强度。因此，要制取超细金属陶瓷必须寻求新的配方和工艺。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了新配方的含Al₂O₃镍基粘结相超细金属陶瓷粉末及其制备方法和用途，生产工艺简单，成本低廉，适合于常规生产，该超细金属陶瓷粉末用于制备超细金属陶瓷可降低烧结后易产生镍池和晶粒聚集长大的趋势，并且提高超细金属陶瓷的耐磨性、硬度、抗弯强度和断裂韧性。

本发明一方面提供了一种含Al₂O₃镍基粘结相超细金属陶瓷粉末的制备方法，包括以下步骤：

(1)含Al₂O₃镍基粘结相超细粉末的制备：将草酸镍或碳酸镍与Al₂O₃粉末配制成Ni-1wt％Al₂O₃成分，放入行星高能球磨机球磨30小时，将球磨后的粉末放入氢气还原炉中还原，还原温度为480℃，氢气流量为4m³/min，还原时间为90分钟，使粉末还原制得超细Ni-1wt％Al₂O₃粉末；

(2)超细金属陶瓷粉末的制备：将制备出的超细Ni-1wt％Al₂O₃粉末与硬质相TiC粉末、Mo粉末和炭黑粉末配制成TiC-10wt％(Ni-1wt％Al₂O₃)-10wt％Mo-0.6wt％C，与球磨介质无水乙醇400ml/kg，分散剂0.3wt％油酸，成形剂3wt％聚乙二醇一起，放入搅拌球磨机，球磨时间为20～40小时，搅拌速度为：100～200rpm，形成搅拌球磨料浆；

(3)后处理：将搅拌球磨料浆进行粉末与溶液过滤分离后，过滤后的粉末在90℃的真空烘箱内干燥1.5小时，制成含Al₂O₃镍基粘结相超细金属陶瓷粉末。

本发明中所述Ni-1wt％Al₂O₃是指由Ni和Al₂O₃混合制成，其中Al₂O₃所占重量分数为1％，Ni元素的含量为除了Al₂O₃之外的余量。TiC-10wt％(Ni-1wt％Al₂O₃)-10wt％Mo-0.6wt％C的理解同此，其中TiC的含量为除了所述Ni-1wt％Al₂O₃粘结相、Mo和炭黑之外的余量。

其中，Al₂O₃的加入是起到弥散强化的作用，即可以对陶瓷受外力作用变形时粘结相中的错位运动起钉扎作用，以及阻碍微裂纹的传播。这些作用有利于提高陶瓷的强度和硬度。

本发明采用行星高能球磨，能够明显降低反应活化能、细化晶粒、极大提高粉末活性和改善颗粒分布均匀性及增强体与基体之间界面的结合。

本发明第二方面提供了一种按照上述方法制备得到的含Al₂O₃镍基粘结相超细金属陶瓷粉末。优选地，所述含Al₂O₃镍基粘结相超细金属陶瓷粉末费氏粒度为0.5～0.7μm。