[发明专利]一种多硬质相结构无钴钛基金属陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多硬质相结构无钴钛基金属陶瓷，其以纯Ni作为金属粘结相，完全不含战略金属Co。本技术方案中的多硬质相结构无钴钛基金属陶瓷不仅具有高硬度，还可通过调整金属粘结相含量，以及不同形貌硬质相的尺寸和比例来获得优异的综合力学性能，可用于各种高温、强磨损、强腐蚀甚至较大冲击的极端工况下的耐磨件和耐磨件，可大大拓展钛基金属陶瓷的应用范围。

技术领域

本发明涉及粉末冶金领域，具体涉及一种多硬质相结构无钴钛基金属陶瓷及其制备方法。

背景技术

钛基金属陶瓷（又名“Ti(C,N)基金属陶瓷”）是一种由轻质钛元素的碳化物或碳氮化物作为陶瓷硬质相，钴和/或镍作为金属粘结相，并加入了一些其他添加剂后通过粉末冶金方法制备的新型复合材料。与WC-Co硬质合金相比，钛基金属陶瓷具有硬度高、耐磨性好、与金属间摩擦系数低、导电且导热率高以及原料资源丰富、成本低等优势。

鉴于Ti（C,N）基金属陶瓷材料具有替代WC-Co基硬质合金、节省钨钴稀缺金属资源的战略意义和工程应用价值的重要性，世界各国尤其是发达国家一直在大力开展研发和产业化工作。特别是日本为突破资源匮乏限制，多年来在Ti(C,N)基金属陶瓷研发上投入了大量人力财力，技术水平已超越欧美处于世界领先地位。如三菱公司研制的NX2525牌号硬度92.2HRA（1630HV）、横向断裂强度达到2000MPa；京瓷公司开发的TN610牌号硬度1750HV、横向断裂强度2100MPa、断裂韧性6.0 MPa·m1/2 ，TN620牌号硬度1550HV、横向断裂强度2500MPa、断裂韧性9.0 MPa·m1/2。

经过多年的发展，我国在Ti(C,N)基金属陶瓷的制备工艺、产品性能和市场应用方面取得了一定的成果，开发的部分产品也进行了批量化生产，但由于受科技经费投入不足、高端技术人才缺乏、原创性核心技术成果较少等因素制约，主要以跟踪模仿国外技术为主，产品综合性能指标与国外先进水平相比仍存在较大差距。整体上看，我国Ti(C,N)基金属陶瓷仅局限于中、低端产品领域。

制备同时具有高强韧性和高耐磨性的金属陶瓷，使其不仅仅局限于车、铣精加工场合，这一直是本领域科技工作者研究的重点。然而，传统均质结构Ti(C,N)基金属陶瓷仍然存在着与WC-Co硬质合金一样的问题：即材料的硬度与韧性很难同时提高的矛盾，当硬度越高时，材料的韧性则越差，反之亦然。因此，要进一步提高金属陶瓷的性能，需对其成分和结构进行重新设计，其中开发出非均质结构的金属陶瓷材料是一条行之有效的途径。

虽然近年来在硬质材料领域也出现了一些有关非均质结构方面的研究成果，如功能梯度结构、混晶结构和蜂窝结构等等。但是，以上方面的成果大部分都是针对WC-Co硬质合金材料，而有关金属陶瓷的研究相对要少得多。因此，有必对此类技术进行进一步的研究，通过其制备出性能更高的非均质钛基金属陶瓷。

有鉴于此，如何得到一种同时兼顾韧性和硬度的钛基金属陶瓷是本发明技术方案所要研究的方向。

发明内容

本发明针对市场上现有的钛基金属陶瓷无法同时兼顾韧性和硬度（耐磨性）的问题，提供了一种多硬质相结构无钴钛基金属陶瓷及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的第一个技术方案是：一种多硬质相结构无钴钛基金属陶瓷，其特征在于：

由纳米TiO₂粉、纳米TiN粉、纳米炭黑、Ti粉、W粉、石墨粉、Ti(C_0.6,N_0.4)、Ni、Mo、WC、TaC、NbC原料制备得到，

其中，上述所有原料均为粉料，各粉料的质量份如下：

纳米TiO₂粉：2.1～3.6；

纳米TiN粉：4.2～7.2；

纳米炭黑：0.5～1.6；

Ti粉：6.2～11.3；

W粉：0.18～0.6；

石墨粉：1.5～3.8；