[发明专利]一种以含钛金属镍钴为粘结相的Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种以含钛金属镍钴为粘结相的Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法，所述Ti(C,N)基金属陶瓷由陶瓷基体相和粘结相组成，所述粘结相由钛、含钛的化合物中的至少一种以及铁族金属组成。所述含钛的化合物选自NiTi合金、CoTi合金、TiC中的至少一种；所述铁族金属选自镍和/或钴；所述粘结相中，钛和钛的化合物的质量分数为5～40％。本发明获得的金属陶瓷的内环相钛含量提高，有效缩小环芯相结构溶质浓度差，同时由粘结相粘接的金属陶瓷具有均匀的晶粒组织，该金属陶瓷在保持良好耐磨性的基础上，具有较高的抗弯强度和断裂韧性，可广泛应用于轴承料、切削刀具、模具材料等领域。

技术领域

本发明属于金属陶瓷材料制备技术领域及，尤其涉及一种以含钛金属镍钴为粘结相的Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法。

背景技术

Ti(C,N)基金属陶瓷具有高硬度，良好的化学稳定性，因此可做为耐磨工件，切削刀具和恶劣环境下工作的轴承及量规量具。但是，大多Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度及断裂韧性不及传统硬质合金材料，使其应用领域较为受限。金属陶瓷的这种物化性能主要归因于常规粘结相Ni和Co等对陶瓷相Ti(C,N)不够浸润，以至烧结后，金属陶瓷的金属及陶瓷界面强度较弱，在一定的热冲击或瞬间外应力下，容易出现失效。

目前，最有效的方法为在Ti(C,N)基金属陶瓷中加入一些润湿性较好的碳化物，如WC,Mo₂C等，能够有效的提高材料的烧结活性及机械性能。该类金属陶瓷的典型显微组织为环芯相，即陶瓷晶粒存在不同成分，但晶体结构一致的核壳结构。环芯相是在烧结过程中，通过溶解-析出等冶金反应下形成。环相根据形成的温度阶段不同，可分为内环相和外环相。其中内环相形成于固相烧结阶段，温度较低，其形貌不完整；而外环相形成于液相烧结阶段，温度较高，组织完整且明显。

环芯相的形成可以细化Ti(C,N)基金属陶瓷的组织结构，改善粘结相与陶瓷颗粒的润湿性，提高陶瓷与金属的界面结合强度。但环芯相由于芯部和环的成分梯度差异，导致陶瓷晶粒内外的热膨胀系数及弹性模量等存在差异，一定程度降低了复合材料的断裂韧性和高温抗热震性能。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种以含钛金属镍钴为粘结相的Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法。

本发明一种以含钛金属镍钴为粘结相的Ti(C,N)基金属陶瓷，所述Ti(C,N)基金属陶瓷由陶瓷基体相和粘结相组成，所述粘结相中含有钛元素。

优选的方案，所述粘结相由钛、含钛的化合物中的至少一种以及铁族金属组成；所述含钛的化合物选自NiTi合金、CoTi合金、TiC中的至少一种。

进一步的优选，所述铁族金属为选自镍和/或钴。

进一步的优选，所述粘结相中，钛和钛的化合物的质量分数为5～40％，优选为10～30％。

优选的方案，所述陶瓷基体相由Ti(C,N)以及其他过渡族金属碳化物和/或碳氮化物组成。

在本发明中，由于碳化钛也属于过渡族金属碳化物，因此将除碳化钛之外的过镀族金属碳化物定义为其他过渡族金属碳化物，将除Ti(C,N)之外的过渡族金属碳氮化物定义为其他过渡族金属碳氮化物。

进一步的优选，所述陶瓷基体相由Ti(C,N)以及其他过渡族金属碳化物组成。

进一步的优选，所述其他过渡族金属碳化物选自碳化钨﹑碳化钼﹑碳化钽﹑碳化铌﹑碳化铬﹑碳化锆中的至少一种，优选为碳化钨﹑碳化钼﹑碳化钽﹑碳化钒中的至少一种。

优选的方案，所述Ti(C,N)基金属陶瓷，其原料以质量百分比计包括下述组分，Ti(C,N)40～85％，其他过渡族金属碳化物和碳氮化物5～40％，粘结相5～30％、碳粉0.05～5.0％。

本发明一种以含钛金属镍钴为粘结相的Ti(C,N)基金属陶瓷，包括如下步骤：