[发明专利]一种岛状结构硬化高韧性碳氮化钛基金属陶瓷及其制备方法有效

专利信息
申请号: 201910734895.4 申请日: 2019-08-09
公开(公告)号: CN111793761B 公开(公告)日: 2021-09-10
发明(设计)人: 康希越;贺跃辉;吝楠;张鹛媚 申请(专利权)人: 中南大学
主分类号: C22C29/04 分类号: C22C29/04;C22C1/05
代理公司: 长沙市融智专利事务所(普通合伙) 43114 代理人: 钟丹;魏娟
地址: 410083 湖南*** 国省代码: 湖南;43
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摘要:
搜索关键词: 一种 结构 硬化 韧性 氮化 基金 陶瓷 及其 制备 方法
【说明书】:

发明公开了一种岛状结构硬化高韧性碳氮化钛基金属陶瓷及其制备方法,所述氮化钛基金属陶瓷由低粘结相金属陶瓷颗粒与高粘结相金属陶瓷颗粒两种组份烧结制成,两种组份的质量百分比为:低粘结相金属陶瓷颗粒:10~50%,高粘结相金属陶瓷颗粒:50~90%。本发明所提供方案中,以低粘结相金属陶瓷颗粒作为硬化相,通过烧结,形成岛状结构分散于高韧性的金属陶瓷基体中硬化金属陶瓷基体,同时由于两种金属陶瓷颗粒均含有粘结相,但是存在高低浓度差,在烧结过程中,粘结相从高粘结相区域向低粘结相区域扩散,在硬化基体的同时保持着良好的界面关系,从而在达到硬化目的的同时保持较高的韧性。

技术领域

本发明属于金属陶瓷材料制备技术领域,涉及一种高硬度、高韧性的碳氮化钛基金属陶瓷,尤其涉及一种岛状结构硬化高韧性碳氮化钛基金属陶瓷及其制备方法。

背景技术

碳氮化钛基金属陶瓷是一种新型的硬质材料,由于其具有高的强度和硬度、优秀的热硬性、低的摩擦系数、出色的高温稳定性及杰出的耐磨性,被广泛运用于刀具及耐磨结构件等领域。在日本加工行业中,金属陶瓷刀具的使用量达到了总量的百分之三十五以上,欧美国家中的使用量也高达百分之二十以上,使用范围也从最开始的车刀铣刀扩张到钻头及其他工具。与传统刀具材料高速钢及硬质合金对比,碳氮化钛基金属陶瓷刀具有更优秀的高温硬度及高温化学稳定性,加之低的摩擦系数,金属陶瓷刀具在切削过程中有着杰出的抗粘刀能力,能够长时间保持锋利,被加工材料表面光洁度更高,因此其在高速切削、铣削及精加工方面有着更出色的表现。

碳氮化钛基金属陶瓷是一种非均质的复合材料,主要由碳化物硬质相及金属粘结相组成。碳化物硬质相提供了高的硬度及耐磨性能,金属粘结相则将硬质相粘连起来,给材料提供了良好的强度及韧性,因此粘结相及硬质相的比例及两相间的界面结合强度对碳氮化钛基金属陶瓷性能有着巨大的影响。在粘结相所占比例较高时,材料有着较好的强度及韧性,而高温硬度及耐磨性能较低,在使用过程中迅速磨损;而在粘结相所占比例较低时,材料有着较高的硬度及耐磨性能,但低含量的粘结相无法完全润湿过多的碳化物硬质相,韧性出现下降,甚至出现孔隙,所制备的刀具材料在强冲击的工作状况下极易崩缺,无法正常使用。因此,在常规碳氮化钛基金属陶瓷的制备中,材料难以同时获得高的硬度及韧性。

随着现代工业水平的逐渐提升,高精度高切削速度的工况对加工材料的要求愈加严苛,世界各国一直把研发硬度与韧性兼备的金属陶瓷以满足高速高效切削作为金属陶瓷及机加工行业领域的研发重点。

发明内容

针对现有技术中金属陶瓷无法同时得到高硬度和高韧性的问题,本发明的目的在于提出一种岛状结构硬化高韧性碳氮化钛基金属陶瓷及其制备方法。该材料通过一定粒度范围的较大低粘结相金属陶瓷颗粒,以岛状结构形式分散于具有高韧性的高粘结相金属陶瓷基体中,以达到硬化金属陶瓷的目的。岛状结构是指一定粒径范围的高硬度低粘结相颗粒,单个孤立地弥散分布在基体中,在硬质相添加的同时能够保持较高的界面结合强度,从而保持较高的强韧性,最终能够获得同时具有高硬度及高韧性的碳氮化钛基金属陶瓷产品。

为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

本发明一种岛状结构硬化高韧性碳氮化钛基金属陶瓷,所述氮化钛基金属陶瓷由低粘结相金属陶瓷颗粒与高粘结相金属陶瓷颗粒两种组份烧结制成,两种组份的质量百分比为:低粘结相金属陶瓷颗粒:10~50%,高粘结相金属陶瓷颗粒:50~90%;所述低粘结相金属陶瓷颗粒中,粘结相A的质量分数为5~14%;所述高粘结相金属陶瓷颗粒中,粘结相B的质量分数为15~25%。

本发明所提供的碳氮化钛基金属陶瓷,由低粘结相金属陶瓷颗粒与高粘结相金属陶瓷颗粒烧结制成,以大尺度的低粘结相金属陶瓷颗粒作为硬化相,通过烧结,形成岛状结构孤立的弥散于高韧性的金属陶瓷基体中硬化金属陶瓷基体,而由于两种金属陶瓷颗粒均含有粘结相,但是存在高低浓度差,在烧结过程中,粘结相从高粘结相区域向低粘结相区域扩散,在硬化基体的同时保持着良好的界面关系,从而在达到硬化目的的同时保持较高的韧性。

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