[发明专利]一种富金属相梯度结构碳氮化钛基金属陶瓷及其制备方法

说明书

本发明提供了一种富金属相梯度结构碳氮化钛基金属陶瓷及其制备方法，富金属相梯度结构碳氮化钛基金属陶瓷，包括以下重量百分比原料：镍10～20％、钴10～20％、碳化钼5～10％和碳化钨10～20％，余量为TiC_0.7N_0.3；其中，镍和钴重量比为1:1～2，碳化钼和碳化钨重量比为1:1～3。本发明还提供了富金属相梯度结构碳氮化钛基金属陶瓷的制备方法，本发明工艺简单，烧结效率更高，梯度层结构和成分连续性高，所得金属陶瓷不发生结构变形，力学性能较好，有效解决了烧结效率不高、梯度层结构和成分连续性低和产品结构变形等问题。

技术领域

本发明属于金属陶瓷技术领域，具体涉及一种富金属相梯度结构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因其具有高硬度与红硬性、低比重、高耐磨耐蚀性等优异性能，被视为碳化钨基硬质合金在刀具、模具、耐磨耐蚀零件等领域的理想替代材料之一。对金属陶瓷材料而言，粘结相含量较高、硬质陶瓷相含量较低的材料其硬度低而韧性高，硬质相含量较高、粘结相含量较低的材料其硬度高而韧性差。所以鉴于均匀金属陶瓷这种矛盾特性局限性制约了其应用领域的进一步扩大，难以满足现代社会发展对硬质合金提出的“双高”(高硬度、高韧性)要求。一方面，由碳氮化钛基金属陶瓷强韧性和加工性能欠佳，将其与韧性较高、可承受冲击载荷大的钢等金属材料连接可发挥各自的优势。然而，由于金属陶瓷的热膨胀系数、弹性模量、屈服极限、泊松比等物理力学性能与金属材料和钎料存在较大的差异，在钎焊界面处易产生较大的残余热应力。另一方面，为进一步提高金属陶瓷切削工具的使用寿命和切削性能提高加工效率，通常采用化学气相沉积和物理气相沉积方法在基体上涂覆一层或多层硬度高、耐磨性好的非金属化合物的涂层结构，结合了基体高强度、高韧性和涂层高硬度、高耐磨性的优点。但是，切削过程中产生大量的热使刀具温度升高，在冷却的过程中由于涂层基体与涂层材料热膨胀系数不同而产生热应力，当应力过大时会在合金中产生裂纹。

因此，在金属陶瓷基体表面构建成分和厚度可控的富金属相、贫陶瓷相的梯度层，可以有效解决传统均质金属陶瓷存在的问题。表面富金属相梯度层的化学成分、物相组成和物理力学性能从金属陶瓷基体内部到表面呈连续梯度变化，其具有与金属钎料更加接近的物理和化学性能，以消除金属陶瓷与金属钎料层之间的宏观界面，提高金属陶瓷/钎料界面微观组织结构与物理力学性能的连续性，显著改善了金属陶瓷与钎料之间的组织和性能的匹配性，进而达到缓解界面残余应力的目的。该梯度层也利于硬质涂层与金属陶瓷基体的结合，可在涂层中形成韧性缓冲区，当裂纹扩展到该区时，由于其良好的塑性和韧性，可以吸收裂纹扩展时的能量，能够有效的阻止涂层中形成的裂纹向合金内部扩展、提高界面结合强度和降低界面应力集中，延长合金切削工具的使用寿命。

目前，含氮金属陶瓷多是通过脱两步脱N烧结(致密化烧结+脱氮处理)或叠层构造的方法在金属陶瓷表面构建富金属梯度结构，该方法存在工艺复杂、烧结效率不高、梯度层结构和成分连续性低等问题，所得金属陶瓷产品结构发生变形，且力学性能的较低。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种富金属相梯度结构碳氮化钛基金属陶瓷及其制备方法，工艺简单，烧结效率更高，梯度层结构和成分连续性高，所得金属陶瓷不发生结构变形，力学性能较好，有效解决了烧结效率不高、梯度层结构和成分连续性低和产品结构变形等问题。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种富金属相梯度结构碳氮化钛基金属陶瓷，包括以下重量百分比组分：镍10～20％、钴10～20％、碳化钼5～10％和碳化钨10～20％，余量为TiC_0.7N_0.3。

进一步，碳氮化钛基金属陶瓷包括以下重量百分比组分：镍15％、钴15％、碳化钼8％和碳化钨16％，余量为TiC_0.7N_0.3。

进一步，镍和钴重量比为1:1～2。

进一步，碳化钼和碳化钨重量比为1:1～3。