[发明专利]一种板状碳化物固溶体增韧混晶Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法

说明书

本发明公开了一种板状碳化物固溶体增韧混晶Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法，包括以下步骤：首先以Ti粉、W粉、TiO₂粉、Ni粉、Mo粉、石墨粉为原料，混合后进行高能球磨，其中TiO₂粉的尺寸为20～40nm，其余粉末尺寸均为1～2μm；以高能球磨粉料与TiN粉、石墨粉、WC粉、Ni粉、Mo粉、TaC粉、NbC粉、Cr₃C₂粉为原料，配制成金属陶瓷混合料，球磨混合均匀，除高能球磨粉料外，其余粉末尺寸均为1～2μm；再经添加成型剂、压制成型和脱脂工序，最终在真空/气氛一体炉中进行烧结，得到具有混晶结构的Ti(C,N)基金属陶瓷。该金属陶瓷抗弯强度、硬度和断裂韧性均较高，具有较好的综合力学性能。本发明工艺简单，对生产设备无特殊要求，生产成本较低，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，具体涉及一种板状碳化物固溶体增韧混晶Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法。

背景技术

Ti(C,N)基金属陶瓷具有密度低、红硬性高、耐磨性好、高温抗氧化能力强、化学稳定性高，与金属间的摩擦系数低等优点，在刀具、模具、耐磨零部件、耐腐蚀器件等领域拥有广阔的应用前景。与目前工具市场使用最广泛的WC-Co基硬质合金刀具相比，金属陶瓷刀具的加工效率高，被加工件表面质量更好，使用寿命更长，且不含或仅含微量的W和Co这类稀缺战略贵金属，制造成本仅为硬质合金的40％-45％。因而Ti(C,N)基金属陶瓷作为WC-Co硬质合金的理想升级替代材料具有巨大的市场潜力。

目前Ti(C,N)基金属陶瓷存在的主要问题是断裂韧性偏低，使其应用范围受到限制。一些研究者通过在Ti(C,N)基金属陶瓷中引入各类晶须、碳纳米管等实现了金属陶瓷的增强增韧。但是，晶须、碳纳米管等添加物不仅价格昂贵，且极容易吸氧且易团聚，添加前必须对其进行除杂、脱氧和分散等前处理，如果这些前处理过程进行得不理想，不但不能提高金属陶瓷的断裂韧性，甚至还会使材料的综合力学性能明显降低。制备成本大幅度上升，制备工艺复杂程度明显增加使得这些上述技术至今在工业领域没有得到实际应用。另一方面，也有研究者采用研发了细晶粒的Ti(C,N)基金属陶瓷，使材料的硬度和强度得到一定程度的提高，但降低了材料的韧性。

鉴于上述情况，为了使Ti(C,N)基金属陶瓷能在更多领域得到更好的应用，有必要对此种材料进行进一步的研究，开发出一种适合于工业化生产的新方法，使Ti(C,N)基金属陶瓷材料不但具有较高的硬度和强度，也具有较高的断裂韧性。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种板状碳化物固溶体增韧混晶Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法，解决了金属陶瓷的断裂韧性偏低，制备成本高，而且综合力学性能偏低的问题。

技术方案：本发明一种板状碳化物固溶体增韧混晶Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

(1)高能球磨：以Ti粉、W粉、TiO₂粉、Ni粉、Mo粉、石墨粉为原料，混合后进行高能球磨，其成分质量份数为：Ti：16.81～25.77，W：10.02～19.98，Ni：11.65～14.71，Mo：2.45～4.96，O：4.89～9.0，C：2.17～3.68，其中TiO₂粉的尺寸为20～40nm，其余粉末尺寸均为1～2μm；

(2)球磨混料：以步骤(1)所得高能球磨粉料与TiN粉、石墨粉、WC粉、Ni粉、Mo粉、TaC粉、NbC粉、Cr₃C₂粉为原料，配制成金属陶瓷混合料，球磨混合均匀，其中混合料成分质量份数为：Ti：19.65～29.5，C：7.8～13.55，N：0.83～1.15，O：4.89～9.00，Ni：12.64～34.75，Mo：8.43～14.63，W：15.85～22.73，Ta：0.5～1，Nb：0.6～1.2，Cr：0.5～0.8，除高能球磨粉料外，其余粉末尺寸均为1～2μm；