本发明专利技术公开了一种具有正梯度环芯相的Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法。该金属陶瓷环芯组织的外环相较内环相富W/Mo而贫N，环芯相中固溶金属元素W/Mo沿芯部至外环呈正梯度分布，具有较常规环芯相成分相反的正梯度结构。与常规环芯相的Ti(C,N)基金属陶瓷相比，正梯度环芯相结构可提升陶瓷相与粘结相的界面润湿及结合强度，降低环芯内界面的晶格错配度，有效提升Ti(C,N)基金属陶瓷的强度与抗热震性能。该金属陶瓷在保持良好强韧性的基础上，具有较常规金属陶瓷更高的强韧性和抗热震性能，可提高刀具的表面加工精度和使用寿命，广泛应用于轴承料、切削刀具、模具材料等领域。模具材料等领域。
【技术实现步骤摘要】
一种具有正梯度环芯相的Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法
[0001]本专利技术属于陶瓷材料制备
，尤其涉及一种具有正梯度环芯相的Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法。
技术介绍
[0002]碳氮化钛(Ti(C,N))基金属陶瓷材料具有优异的耐磨性和高温切削性能，是应对我国钨资源匮乏，所急需发展的高附加值硬质材料。韧性不足是Ti(C,N)基金属陶瓷应用面临的主要技术问题，归因于金属Ni及其合金粘结相对Ti(C,N)硬质相界面不浸润。在Ti(C,N)颗粒表面形成环相，改善粘结相对陶瓷相的润湿性并优化环芯界面微结构，是提高材料强韧性的主要方法。以合金元素、碳化物或复式固溶体的形式，添加合金元素Mo、W等可改善Ni对Ti(C,N)颗粒的润湿性，并通过溶解
‑
析出形成环芯相组织。其中环相为(Ti,W,Mo,...)(C,N)固溶体，而芯相为Ti(C,N)。环相能优化材料的组织分布、细化晶粒并提高陶瓷相与金属的结合强度；但环相为脆性相，且环芯组织内界面处位错堆积，存在一定的界面内应力，易于诱导裂纹源的萌生。因此，在确保体系润湿性改善的同时，有效降低或消除环相与芯相间的晶格错配，实现高共格、低界面应力环芯结构是提高材料强韧性的关键。
[0003]Shinhoo Kang证实了环芯相内界面的消除可显著提高了金属陶瓷的断裂韧性，且富W的固溶体晶粒具有更好的韧性，且与粘结相的结合强度更高。基于此，依据烧结过程环芯组织的演变规律，构筑低应力、高共格、正梯度环芯结构是制备高强韧性、高硬度Ti(C,N)基金属陶瓷的有效方法。
技术实现思路
[0004]为了降低现有Ti(C,N)基金属陶瓷环芯相中固溶元素W/Mo的成分差异，提升陶瓷相与粘结相的界面结合强度，本专利技术的目的在于提供一种高抗热震性能、高强度的具有正梯度环芯相的Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：
[0006]本专利技术一种具有正梯度环芯相的Ti(C,N)基金属陶瓷，所述 Ti(C,N)基金属陶瓷的硬质相组织结构为环芯相，所述环芯相由芯相，包覆芯相的内环相，以及包覆内环相的外环相组成；其中外环相较内环相富W/Mo而贫N，且环芯相中W/Mo沿芯相至外环相呈正梯度分布。
[0007]本专利技术提供的Ti(C,N)基金属陶瓷，外环相中固溶金属元素W与 Mo的含量，比内环相固溶W与Mo的含量更多，而外环相中固溶N的含量，比内环相固溶N的含量更少，并且从整个环芯相中的结构来说， W与Mo的含量沿芯相至外环相呈梯度增加(正梯度)的分布，与现有技术中常规的环芯相成分相反。
[0008]优选的方案，所述芯相的成份为Ti(C,N)，内环相为贫W/Mo富N 的(Ti,M)(C,N)固溶体，外环相为富W/Mo贫N的(Ti,M)(C,N)固溶体，其中M为W、Mo、Ta、Nb、V、Zr、Hf中的至少一种，且包含W与 Mo中的至少一种。
[0009]优选的方案，所述Ti(C,N)基金属陶瓷的粘结相由钛、含钛的金属间化合物中的至少一种与铁族金属组成，其中钛和钛的金属间化合物在粘结相中质量分数为2～10wt％。
[0010]进一步的优选，所述钛的金属间化合物选自Ni3Ti、Co3Ti中的至少一种。
[0011]进一步的优选，所述铁族金属选自铁、钴、镍中的至少一种，优选为钴、镍中的至少一种。
[0012]优选的方案，所述Ti(C,N)基金属陶瓷，其原料以质量份数计包括下述组分：Ti(C,N)粉40～60份；WC粉15～30份；Mo2C粉5～20份；其他过渡族金属碳化物粉末0～7份；粘结相粉末5～25份，其他过渡族金属碳化物选自钽﹑铌﹑钒、锆﹑铪中至少一种金属的碳化物中的至少一种。
[0013]进一步的优选，所述其他过渡族金属碳化物选自碳化钽﹑碳化铌﹑碳化钒﹑碳化锆﹑碳化铪中的至少一种。
[0014]本专利技术一种具有正梯度环芯相的Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
[0015]步骤一
[0016]按设计比例配取Ti(C,N)粉、其他过渡族碳化物粉末，粘结相粉末进行第一次球磨，获得初混料，然后再加入WC粉和/或Mo2C粉，粘接剂进行第二次球磨，获得混合料；所述WC粉的平均粒径为 5～20μm；Mo2C粉的平均粒径为8～20μm；
[0017]步骤二
[0018]将混合料干燥、过筛所得筛下物进行压制成型，获得压坯；
[0019]步骤三
[0020]压坯经脱脂、烧结即得Ti(C,N)基金属陶瓷。
[0021]在本专利技术中，粘结相包含由钛、含钛的金属间化合物中的至少一种与铁族金属组成，其中钛和钛的金属间化合物在粘结相中质量分数为2～10wt％。因此在粘结相粉末的配料过程中，须按粘结相的成份比例要求，配取铁粉、钴粉、镍粉中的至少一种，以及钛粉、Ni3Ti粉、 Co3Ti粉中的至少一种，先球磨混合获得符合成份比例的粘结相粉末。
[0022]本专利技术的制备方法，采用粗颗粒WC粉和Mo2C粉，专利技术人发现，粗颗粒WC粉和Mo2C粉可以提高内环相的Ti/W比，为获得正梯度环芯相做铺垫。而为了防止WC粉和Mo2C粉的进一步细化，需要先将其他的原料先经过一次球磨混合后再加入WC粉和/或Mo2C粉进行球磨，否则可能会由于球磨长了使得WC粉和/或Mo2C粉细化，比表面积增大，从而难于获得正梯度的环芯结构。
[0023]在本专利技术中，粘结相包含由钛、含钛的金属间化合物中的至少一种与铁族金属组成，其中钛和钛的金属间化合物在粘结相中质量分数为2～10wt％。因此在粘结相粉末的配料过程中，须按粘结相的成份比例要求，配取铁粉、钴粉、镍粉中的至少一种，以及钛粉、Ni3Ti粉、 Co3Ti粉中的至少一种，先球磨混合获得符合成份比例的粘结相粉末。
[0024]优选的方案，步骤一中，所述Ti(C,N)粉的平均粒径为0.5～2.5μm，优选为1.0～1.5μm。
[0025]优选的方案，步骤一中，所述WC粉的平均粒径为8～15μm；Mo2C 粉的平均粒径为10～15μm。
[0026]优选的方案，步骤一中，所述第一次球磨的时间为20～40h，第一次球磨的转速为80～160r/min，球料比为6～15:1。
[0027]在本专利技术中，球磨为湿法球磨，球磨介质采用现有技术常用的有机溶剂即可，如无水乙醇。
[0028]优选的方案，步骤一中，所述粘接剂为石蜡，粘接剂的加入量为 Ti(C,N)粉、其他过渡族碳化物粉末、粘结相粉末、WC粉、Mo2C粉质量之和的1～3％。
[0029]优选的方案，步骤一中，所述第二次球磨的转速为20～60r/min，球磨的时间为2～20h。
[0030]在第二次球磨中需控制球磨转速，防止过快的球磨转速引起WC 粉末、Mo2C粉细化。
[0031]优选的方案，步骤二中，所述压制成型的压力为100～200MPa。.
[0032]优选的方案，步骤三中，所述脱脂在真本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有正梯度环芯相的Ti(C,N)基金属陶瓷，其特征在于：所述Ti(C,N)基金属陶瓷的硬质相组织结构为环芯相，所述环芯相由芯相，包覆芯相的内环相，以及包覆内环相的外环相组成；其中外环相较内环相富W/Mo而贫N，且环芯相中W/Mo沿芯相至外环相呈正梯度分布。2.根据权利要求1所述的一种具有正梯度环芯相的Ti(C,N)基金属陶瓷，其特征在于：所述芯相的成份为Ti(C,N)，内环相为贫W/Mo富N的(Ti,M)(C,N)固溶体，外环相为富W/Mo贫N的(Ti,M)(C,N)固溶体，其中M为W、Mo、Ta、Nb、V、Zr、Hf中的至少一种，且包含W与Mo中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种具有正梯度环芯相的Ti(C,N)基金属陶瓷，其特征在于：所述Ti(C,N)基金属陶瓷的粘结相由钛、含钛的金属间化合物中的至少一种与铁族金属组成，其中钛和钛的金属间化合物在粘结相中质量分数为2～10wt％；所述钛的金属间化合物选自Ni3Ti、Co3Ti中的至少一种；所述铁族金属选自铁、钴、镍中的至少一种。4.根据权利要求1所述的一种具有正梯度环芯相的Ti(C,N)基金属陶瓷，其特征在于：所述Ti(C,N)基金属陶瓷，其原料以质量份数计包括下述组分：Ti(C,N)粉40～60份；WC粉15～30份；Mo2C粉5～20份；其他过渡族金属碳化物粉末0～7份；粘结相粉末5～25份，其他过渡族金属碳化物选自钽﹑铌﹑钒、锆﹑铪中至少一种金属的碳化物中的至少一种；所述其他过渡族金属碳化物选自碳化钽﹑碳化铌﹑碳化钒﹑碳化锆﹑碳化铪中的至少一种。5.根据权利要求1
‑
4任意一项所述的一种具有正梯度环芯相的Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一按设计比例配取Ti(C,N)粉、其他过渡族碳化物粉末，粘结相粉末进行第一次球磨，获得初混料，然后再加入WC粉和/或Mo2C粉，粘接剂进行第二次球磨，获得混合料；所述WC粉的平均粒径为5～20μm；Mo...
【专利技术属性】
技术研发人员：熊慧文，刘全明，褚胜林，董伟，
申请(专利权)人：惠州市明锐精密工具有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。