[发明专利]一种TiCN/Al2O3金属陶瓷刀具及其微波制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于微波烧结材料科学技术领域，涉及一种TiCN/Al₂O₃金属陶瓷刀具及其微波制备工艺。

背景技术

相比于传统的高速钢刀具，WC基硬质合金刀具以更加优异的切削性能和加工效率在金属加工领域得到广泛的运用，然而，WC基硬质合金刀具材料的制备需要使用大量的钨(W)资源。而W同时也是国防军工领域所必须的一种战略且不可再生资源。同时，WC开始氧化的温度约为600℃，而在高速切削当中，刀具与工件的温度往往要达到1000℃以上，在如此高的温度下，将会极大地影响WC基硬质合金刀具的切削性能。TiCN基金属陶瓷刀具是以TiCN为硬质相的新型刀具材料，相比于WC基硬质合金刀具，其优良的高温性能如高的红硬性，高温抗软化能力和抗氧化能力使其在刀具领域受到越来越多的关注。根据相关的文献资料，TiCN基金属陶瓷的硬度通常在11-15GPa之间(Gong J,et al.Effect of metallic binder content on the micro hardness of TiCN-based cermets Mat.Sci.Eng.A 359(2003)391-395；Liu N,et al.Effect of nano-micro TiN addition on the microstructure and mechanical properties of TiC based cermets.J.Eur.Ceram.Soc.22(2002)2409-2414)，其硬度相对于Al₂O₃基，Si₃N₄基陶瓷刀具仍显不足，为提高TiCN基金属陶瓷的硬度，本发明通过添加亚微米级的Al₂O₃来实现金属陶瓷刀具硬度的提高。

微波烧结作为一种新兴的烧结技术，因其优于常规烧结方法而越来越多地被应用于陶瓷材料，硬质合金材料以及一些合金材料的制备上，其相关实验结果也验证了微波烧结能够有效提高材料活化能，促进材料致密化，改善材料的微观组织性能(Brosnan K.H.et al.Microwave sintering of alumina at 2.45GHz J.Am.Ceram.Soc.86(2003)1307-1312；A Mondal A U D A.Effect of heating mode and sintering temperature on the consolidation of 90W–7Ni–3Fe alloys[J].J.Alloys.Compd,509(2011)301-310)。

中国发明专利(CN104480364A)公开了一种Al₂O₃-TiCN/Co-Ni金属陶瓷模具材料及其制备方法，该金属陶瓷由Al₂O₃为40％-70％、TiCN微米粉为30％、Co、Ni为0％-30％构成，利用真空热压烧结技术制备出了具有较高力学性能的陶瓷材料，但其以Al₂O₃为基体，虽然可以保证材料的硬度，但却降低了材料的断裂韧性，同时，由于真空热压烧结在烧结过程中容易在材料内部产生热梯度，极易在材料内部产生热应力影响自身的力学性能。

发明内容

本发明的目地在于利用微波烧结技术，制备出一种具有高硬度，高韧性的金属陶瓷刀具。

本发明的构思是通过在TiCN基体中添加亚微米级的α-Al₂O₃，利用α-Al₂O₃自身的高硬度来提高刀具材料的整体硬度。采用微波烧结技术，通过优化金属粘结相的比例、升温速度、烧结温度等工艺参数，实现在短时间内制备出综合力学性能较高的TiCN/Al₂O₃金属陶瓷刀具材料。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种TiCN/Al₂O₃金属陶瓷刀具，以重量百分数计，包含如下组分：TiCN 40％-60％、α-Al₂O₃5％-15％、Mo₂C 5％-15％、WC5％-15％、Co和Ni 15％-25％。

一种TiCN/Al₂O₃金属陶瓷刀具的微波制备工艺，包括如下步骤：