[发明专利]纳米WC－Co复合粉改性的Ti(CN)基金属陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以碳氮化物为基的金属陶瓷，尤其涉及一种纳米复合粉改性的碳氮化钛(Ti(CN))基金属陶瓷及其制备方法。

背景技术

传统颗粒的金属陶瓷合金由于原料粉末的粒径较大，在加工成合金刀具以后更容易产生裂纹，加上结构的不均匀，加工后的刀具也表现出较差的韧性。近年来纳米技术与纳米材料的研究工作已成为研究热点，很多纳米粉末的制备已进入产业化阶段。由于超细粉体的独特尺寸效应和表界面效应，使得纳米材料具有优秀的物理、力学和机械性能。然而，同样由于纳米粉体的尺寸效应和表界面效应，使得纳米粉体的团聚十分严重，纳米级致密块体材料的生产制备也变得非常困难，例如纳米级硬质合金和金属陶瓷致密块体材料的研究就尚处于起步阶段。后研究发现，在微米或者亚微米粉体材料的制备过程中，通过加入纳米粉体改变其精细组织结构，也能使微米或者亚微米材料的性能得到很大的提高。中国专利02138161.5就公开了一种以纳米TiN改性的TiC或Ti(C，N)基金属陶瓷刀具，该刀具通过在原料粉末中添加纳米TiN粉末，提高了TiC或Ti(C，N)基金属陶瓷刀具的硬度、耐磨性、耐蚀性、抗氧化性等性能指标，与普通的硬质合金刀具相比，大大提高了刀具使用寿命和切削效率。但在高速切削条件下，特别是在加工一些难加工的材料时，由于面临切削温度高、切削力大、加工硬化严重等恶劣工况，现有的Ti(CN)基金属陶瓷合金显得难以对付，刀具的耐用度和寿命不高，因此如何进一步提高金属陶瓷材料的高温强度与硬度，提高其红硬性与耐磨性就变得非常重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种断裂韧性、耐磨性和切削性能更加优良、强度和硬度更高、加工质量更好、使用寿命更长的纳米WC-Co复合粉改性的Ti(CN)基金属陶瓷，还提供一种该金属陶瓷的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种纳米WC-Co复合粉改性的Ti(CN)基金属陶瓷，以Ti(CN)作为主要基材，以钴和/或镍作为粘结相，其特征在于所述金属陶瓷是由下列各质量分数的原料粉末混合后，经粉末冶金工艺制备得到：

纳米WC-Co复合粉        6～27％

Ti(CN)粉和碳化钛粉     35～65％

钽铌固溶体粉末         2～15％

碳化钼粉或钼粉         1～15％

钴和/或镍              6～25％

上述纳米WC-Co复合粉中的钴在该复合粉中的质量分数为5～20％，Ti(CN)粉和碳化钛粉中碳原子与氮原子的摩尔比为3∶7～7∶3。所述的“钴和/或镍”是指可单独选用钴或者镍，也可同时选用钴和镍两种金属粉末，当选用钴和镍两种金属粉末作为原料时，二者可以任意比混合，但总含量的质量分数须满足6～25％的要求。

上述纳米WC-Co复合粉的粒度为100纳米以下。

上述纳米WC-Co复合粉以外的其他原料粉末为微米或亚微米粉末，其纯度大于99％，且平均粒度小于1.5微米。

本发明还提供了一种上述纳米WC-Co复合粉改性的Ti(CN)基金属陶瓷的制备方法，依次包括以下工艺步骤：原料粉末的球磨破碎、纳米WC-Co复合粉的分散、按比例混合各原料粉末、原料粉末的球磨分散、球磨浆料的干燥、精密压制成形(得到毛坯)、预烧以及高温烧结(烧结后得到金属陶瓷)；所述高温烧结可以是真空烧结方式、多气氛(N₂、H₂、Ar中的一种或多种)烧结方式或者高温压力烧结方式；

所述球磨分散过程中，用无水乙醇或甲醇作为研磨介质，用硬质合金作为研磨体，加入原料粉末总重量0.3～1％的分散剂和4～5％的粘结剂，球料比为1∶6～12，球磨转速可以控制在30～40转/分钟，球磨分散时间可以控制在20～90小时；所述球磨浆料的干燥是采用喷雾干燥方式或者采用真空干燥方式，干燥温度为80～95℃，干燥时间90～150分钟；所述预烧的温度为200～500℃，时间为2～4小时；所述真空烧结或多气氛烧结方式的烧结温度为1400～1470℃，保温时间为50～90分钟；所述高温压力烧结方式的烧结温度为1390～1440℃，压强为45～70个标准大气压，保温时间为40～60分钟。