[发明专利]一种超细晶粒Ti(C,N)金属陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超细晶粒Ti(C,N)金属陶瓷材料及其制备方法，采用超细(d50≤600nm)Ti(C,N)粉体为主要基体材料，超细(d50≤800nm)高温难熔碳化物粉体为增强增韧相，超细(d50≤1umm)VC粉和Cr₃C₂为抑制剂，超细(d50≤1um)Ni份和Co粉为金属粘结相，经过分散球磨、干燥造粒、压制、独特的烧结工艺制备而成。所述超细晶粒Ti(C,N)金属陶瓷材料主相显微组织晶粒尺寸均小于1um，具有更高的维氏硬度、抗弯强度并兼顾该体系材料特有的韧性。用于制造数控刀具或母材可实现优异的耐磨损性和平衡的抗崩损性，且生产成本低、可实现连续生产，生产效率高、无污染环境友好。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，特别是涉及一种超细晶粒Ti(C,N)金属陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

Ti(C,N)基金属陶瓷具有较传统硬质合金更优异的高温性能，耐磨性能和化学稳定性能，同时还能节约大量战略“钨”“钴”资源。然而，强韧性不足是Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料在实际工程应用中面临的关键难题，也是当前国内外学者研究的重点。中国专利201110138346.4通过气氛烧结制备了无钨钴Ti(C,N)基金属陶瓷，大大降低了生产成本，然而，较低的强韧性(抗弯强度≤1800，断裂韧性≤9.5)也极大的限制了其应用。中国专利201210321098.1利用高熵合金作为粘结相制备了金属陶瓷，但其无法同时满足“双高”(高强韧性、高硬度)的要求，导致该材料在应用领域受到极大限制。

目前金属陶瓷是以Ti(C,N)或TiC与TiN的混合粉末为硬质相，以Ni、Co、Mo等为粘结相，且通常还加入WC、Mo₂C、TaC、NbC、Cr₂C₃、VC等过渡族金属碳化物来改善并提高材料的烧结和机械性能，这些都不能改变单一主元素的局限性。中国专利200610034982.1以多元高熵合金粉末粘结相复合数种碳化物烧结，制备了具有高耐热性的硬质合金，但该产品还是无法满足现有需求，尤其是无法满足同时具备高强、高韧、高硬度的要求。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中Ti(C,N)基金属陶瓷强韧性较低，无法满足“双高”且性能不稳定等问题，提供一种高强韧性、高硬度超细晶粒Ti(C,N)金属陶瓷材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

技术方案一：

本发明提供一种种超细晶粒Ti(C,N)金属陶瓷材料，按照重量份数计，包括以下原料：Ti(C,N)50-70份、TiN 2-4份、ZrC 3-5份、NbC 3-5份、Mo₂C 2-6份、TaC 0.25-1.75份、Cr₃C₂ 0.6-1份、VC 0.3-0.5份、Ni 3-7份、Co 3-7份。

作为本发明的进一步改进，按照重量分数计，Ti(C,N)为60份。

作为本发明的进一步改进，Ti(C,N)的粒度为0.5-0.6μm，TiN的粒度为0.5-0.6μm，ZrC的粒度为0.6-0.8μm，NbC的粒度为0.6-0.8μm，Mo₂C的粒度为0.8-1μm，TaC的粒度为0.8-1.2μm，Cr₃C₂的粒度为0.8-1.2μm，VC的粒度为0.8-1.2μm，Ni的粒度为0.4-0.8μm,Co的粒度为0.4-0.8μm。

技术方案二：

本发明提供一种所述的超细晶粒Ti(C,N)金属陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：根据原料重量份数准确称量各原料，经过分散球磨、干燥造粒、压制、烧结制备而成所述超细晶粒Ti(C,N)金属陶瓷材料。