一种抗高温氧化的晶须改性Ti(C,N)基复合金属陶瓷制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抗高温氧化的晶须改性Ti(C,N)基复合金属陶瓷制备方法，属于高速切削刀具材料领域。本发明专利技术的晶须改性Ti(C,N)基复合金属陶瓷制备方法，经过原料组配、球磨混料、烘料、真空热压烧结等步骤。本发明专利技术的晶须改性Ti(C,N)基复合金属陶瓷，其组分重量百分比为：Ti(C0.5N0.5):45～60％，Al2O3晶须或ZrO2晶须:10～25％，WC:8～15％，Co:5～10％，Mo2C:5～10％，Ni:5～10％。本发明专利技术制备出的Ti(C,N)基复合金属陶瓷，不仅具有良好的致密性，而且还具有高强韧性和抗高温氧化性，可作为特殊钢材的(半)精加工的切削刀具材料。

Preparation of a whisker modified Ti (C, N) based composite cermet with high temperature oxidation resistance

The invention discloses a preparation method of whisker modified Ti (C, N) based composite cermet for high temperature oxidation, which belongs to the field of high speed cutting tool material. The preparation method of the whisker modified Ti (C, N) based composite cermet is made by the present invention through the steps of raw material matching, ball milling, baking, vacuum hot pressing and sintering, etc. The whisker modified Ti (C, N) based composite cermet is composed of Ti (C0.5N0.5): 45 ~ 60%, Al2O3 whisker or ZrO2 whisker: 10 ~ 25%, WC:8 ~ 15%, Co:5 ~ 10%, Mo2C:5 ~ 10%, Ni:5 ~ 10%. The Ti (C, N) based composite cermets prepared by the invention not only have good compactness, but also have high strength and toughness and high temperature oxidation resistance, and can be used as cutting tools for semi finishing steel of special steels.

【技术实现步骤摘要】
一种抗高温氧化的晶须改性Ti(C,N)基复合金属陶瓷制备方法
本专利技术涉及高速切削刀具材料
，更具体地说，涉及一种具有高致密和高强韧性的晶须改性Ti(C,N)基复合金属陶瓷的制备方法。
技术介绍
Ti(C,N)基金属陶瓷就是以碳氮化钛Ti(C,N)为硬质相，以镍(Ni)、钼(Mo)、碳化钨(WC)为金属粘结相，通过粉末压制烧结的合金。Ni可以提髙合金的强度，Mo能够改善液态金属Ni对Ti(C,N)的润湿性。金属陶瓷正如其名称表达的一样，既有陶瓷所具有的耐磨损、耐高温、高强度、高硬度、抗氧化和化学稳定性的特性，又兼有金属的韧性和可塑性，从而适用于制造切削刀具、模具以及耐磨件。如果涂一层气密性好、熔点高、而传热性能又很差的陶瓷涂层在金属表面，就能有效的防止金属或合金在高温下氧化和腐蚀。Ti(C,N)基金属陶瓷的主要性能特点如下：(1)高硬度。金属陶瓷的硬度一般可达91～94HRA；(2)抗弯强度好。抗弯强度要比陶瓷刀具好，略低于WC基硬质合金。(3)高耐磨性。耐磨性是YT类硬质合金刀具材料的1～2倍。(4)较高的抗氧化能力。主要由于Ti(C,N)的氧化温度比WC高得多。(5)较高的耐热性。金属陶瓷刀具在1100～1300℃髙温下还能正常进行切削。(6)化学稳定性好。Ti(C,N)与工件材料的亲和力比WC小得多。(7)摩擦系数小。Ti(C,N)基合金刀具在切削时，会在刀具与切屑和工件的接触面上形成氧化钛、三氧化二钼和镍钼酸盐薄膜，它们都会起到干润滑剂的作用，从而减少磨擦系数。(8)抗热能力强，不易黏刀和产生积屑瘤。目前，Ti(C,N)基金属陶瓷刀具已经得到世界各国广泛深入的研究。据日本超硬工具协会统计，2008年，Ti(C,N)基金属陶瓷刀具已占硬质刀具市场的33％以上，而且仍呈增长趋势。而我国金属陶瓷基材料仅占硬质材料市场容量的9％左右。由此可见，Ti(C,N)基金属陶瓷刀具在我国具有广阔的市场前景。但是，Ti(C,N)基金属陶瓷刀具的主要问题仍然是强韧度不足，限制了其应用。为解决这个问题，一般采用添加高含量镍、钼、钴和碳化物等金属作为烧结助剂，来使Ti(C,N)基金属陶瓷材料获得高密度，进而获得高强韧性。但是大量金属的引用会导致陶瓷体的硬度和韧性等机械性能明显下降，无法使Ti(C,N)基金属陶瓷同时兼具良好的烧结致密性和强韧性等机械性能。晶须是由纯度较高的单晶生长而成的微纳米级的棒状纤维，其直径非常小，没有常规材料中存在的缺陷如晶界、位错和空穴等，并且原子排列高度有序，所以它的强度接近于完整晶粒的理论值，因此晶须有优良的力学性能：机械强度高、弹性模量高、强度高、硬度高等性能。由于晶须的上述特性，因此将它作为新兴复合材料的补强增韧添加剂，已成功应用于航空航天、合金、陶瓷、塑料等领域，用以改善陶瓷基、金属基、聚合物基等材料的强塑性。在中国专利号ZL200710034792.4，授权公告日为2009年9月30日，专利技术创造名称为：SiC晶须增韧碳氮化钛基金属陶瓷切削刀片及其制备方法的申请案中，采用SiC晶须作为增韧剂，使碳氮化钛基金属陶瓷切削刀片具有高强度、高韧性和更好的耐磨性。在中国专利号ZL200810048655.0，授权公告日为2010年6月2日，专利技术创造名称为：一种晶须增韧金属陶瓷刀具及其制备方法的申请案中，采用镀镍SiC晶须作为增韧相，提高了金属陶瓷刀具的高温红硬性、耐磨性和抗冲击韧性。在中国专利号ZL201410289095.3，授权公告日为2016年8月24日，专利技术创造名称为：一种TiC晶须增强金属陶瓷及其制备方法的申请案中，采用TiC晶须增强金属陶瓷，提高了现有Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度和断裂韧性。在上述专利申请案中，均采用了晶须来作为Ti(C,N)基金属陶瓷的增韧相，提高了金属陶瓷材料的强韧度。但是，在高温切削过程中，SiC晶须和TiC晶须的化学稳定性欠佳，高温度下易于工件中的Fe和空气中的O2发生反应，从而导致刀具的强度和硬度等性能降低。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题本专利技术的目的在于克服现有晶须增韧碳氮化钛基金属陶瓷存在的上述不足，提供一种抗高温氧化的晶须改性Ti(C,N)基复合金属陶瓷制备方法，采用本专利技术的技术方案，制作出的刀具材料不仅具有良好的致密性，而且还具有高强韧性和抗高温氧化性，可作为特殊钢材的(半)精加工的切削刀具材料。2.技术方案为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：本专利技术的一种抗高温氧化的晶须改性Ti(C,N)基复合金属陶瓷制备方法，包括以下步骤：(1)进行原料配比，原料中各组分的百分比为：Ti(C0.5N0.5):45～60％，Al2O3晶须或ZrO2晶须:10～25％，WC:8～15％，Co:5～10％，Mo2C:5～10％，Ni:5～10％；(2)在上述反应原料内按比值1:0.8～1:1加入无水乙醇，并对混合的物料进行球磨混料24～48h，得到混料料浆；(3)将上述得到的混料料浆在干燥设备中干燥；(4)将干燥后的原料经研磨后过100～200目的筛子，过筛后放入合金模具中预压，预压压力为150～250MPa，得到复合金属陶瓷材料生坯；(5)将预压后的复合金属陶瓷材料生坯置于热压炉中热压烧结，真空度≤1.0Pa，炉温从0～1000℃开始以5～20℃/min加热至1600～1700℃，压力加至30～50MPa，并保温1～2h，后随炉冷却取出试样。通过原料成分合理配比和热压烧结工艺控制Ti(C,N)基复合金属陶瓷材料的致密性和晶粒大小，进而获得良好致密性和高强韧性的复合金属陶瓷材料。通过Al2O3或ZrO2晶须的负荷传递、拔出效应、界面解离以及晶须断裂、裂纹偏转等作用以及Ti(C,N)形成的“核-壳”结构，综合提高复合金属陶瓷刀具材料的强韧性和抗高温氧化性。在上述的抗高温氧化的晶须改性Ti(C,N)基复合金属陶瓷制备方法中，作为优选，步骤(1)中所述原料中加入的晶须为高强度Al2O3晶须或ZrO2晶须，晶须直径在50～300nm之间，长径比在1:8～1:15之间。这种直径和长径比范围的Al2O3晶须或ZrO2晶须，不仅具有耐高温、抗磨损、耐腐蚀、高韧性、高强度，而且在复合材料中能提供晶须增韧机理，提高材料的强韧性。在上述的抗高温氧化的晶须改性Ti(C,N)基复合金属陶瓷制备方法中，作为优选，步骤(2)中将所述反应原料盛入球磨罐中，按原料与无水乙醇的比值1:0.8～1:1加入无水乙醇，按原料与球的比值1:8～1:10加入硬质合金球，将混合的物料在罐式球磨机上球磨，转速为300r/min，在球磨机上混料24～48h。在上述的抗高温氧化的晶须改性Ti(C,N)基复合金属陶瓷制备方法中，作为优选，步骤(4)中对所述干燥研磨后的原料进行喷雾造粒后再进行过筛处理。在上述的抗高温氧化的晶须改性Ti(C,N)基复合金属陶瓷制备方法中，作为优选，步骤(5)中所述升温速率各温度阶段不同：0～1000℃为10～20℃/min，1000～1500℃为5～10℃/min，1500～1700℃为5～8℃/min；升温时压力各温度阶段不同：0～1000℃为10MPa，1000～1500℃为30MPa，1500～1700℃为50MPa。降温速率各温度阶段不同：1700～10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗高温氧化的晶须改性Ti(C,N)基复合金属陶瓷制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)进行原料配比，原料中各组分的百分比为：Ti(C0.5N0.5):45～60％，Al2O3晶须或ZrO2晶须:10～25％，WC:8～15％，Co:5～10％，Mo2C:5～10％，Ni:5～10％；(2)在上述反应原料内按比值1:0.8～1:1加入无水乙醇，并对混合的物料进行球磨混料24～48h，得到混料料浆；(3)将上述得到的混料料浆在干燥设备中干燥；(4)将干燥后的原料经研磨后过100～200目的筛子，过筛后放入合金模具中预压，预压压力为150～250MPa，得到复合金属陶瓷材料生坯；(5)将预压后的复合金属陶瓷材料生坯置于热压炉中热压烧结，真空度≤1.0Pa，炉温从0～1000℃开始以5～20℃/min加热至1600～1700℃，压力加至30～50MPa，并保温1～2h，后随炉冷却取出试样。

【技术特征摘要】
1.一种抗高温氧化的晶须改性Ti(C,N)基复合金属陶瓷制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)进行原料配比，原料中各组分的百分比为：Ti(C0.5N0.5):45～60％，Al2O3晶须或ZrO2晶须:10～25％，WC:8～15％，Co:5～10％，Mo2C:5～10％，Ni:5～10％；(2)在上述反应原料内按比值1:0.8～1:1加入无水乙醇，并对混合的物料进行球磨混料24～48h，得到混料料浆；(3)将上述得到的混料料浆在干燥设备中干燥；(4)将干燥后的原料经研磨后过100～200目的筛子，过筛后放入合金模具中预压，预压压力为150～250MPa，得到复合金属陶瓷材料生坯；(5)将预压后的复合金属陶瓷材料生坯置于热压炉中热压烧结，真空度≤1.0Pa，炉温从0～1000℃开始以5～20℃/min加热至1600～1700℃，压力加至30～50MPa，并保温1～2h，后随炉冷却取出试样。2.根据权利要求1所述的一种抗高温氧化的晶须改性Ti(C,N)基复合金属陶瓷制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述原料中加入的晶须为高强度Al2O3晶须或ZrO2晶须，晶须直径在50～300nm之间，长径比在1:8～1:15之间。3.根据权利要求1所述的一种抗高温氧化的晶须改性Ti(C,N)基复合金属陶瓷制备方法，其特征在于：步骤(2)中将所述反应原料盛入球磨罐中，按原料与无水乙醇的比值1:0.8～1:1加入无水乙醇，按...

【专利技术属性】
技术研发人员：方一航，赵先锐，张梦贤，许辉，陈基根，张平，薛双喜，王天乐，冯尚申，吴建波，
申请(专利权)人：台州学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33