[发明专利]一种超细晶Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明为超细晶陶瓷材料及其制造方法，特别涉及超细晶Ti(C，N)基金属陶瓷及其制备方法。 

背景技术：

Ti(C，N)基金属陶瓷是诞生于二十世纪七十年代的一种新型金属陶瓷材料。它具有密度低，化学稳定性和抗氧化性好、对钢的磨擦系数小，并且硬度和红硬性高于硬质合金等优点。Ti(C，N)基金属陶瓷用作刀具材料，适合于铸铁、普通钢、高硬度钢的高速切削和干式切削，使用性能尤其在精加工、半精加工方面优于硬质合金和涂层硬质合金刀具，因而各国的企业和研究机构近年来在Ti(C，N)基金属陶瓷的研究方面作了许多工作。 

中国专利CN88107079.3(公开日为1985年5月10日)提供一种金属陶瓷切削刀具，其成份为：3.5≤Ni≤6.5，4.5≤Co≤7.5，20≤W≤25，5≤Mo≤11，0≤Ta+Nb≤6，Cr≤0.05，Al≤1.0，V≤3，其中8≤Co+Ni≤11，其余成分为Ti、C和N。该金属陶瓷材料的原料碳氮化物粉末为Ti(C，N)粉末。其目的是在保持较好耐磨性和刀具使用寿命的基础上，提供具有较高韧性的刀具。 

中国专利CN01133646.3(公开日为2002年5月1日)中提供一种复合金属陶瓷及其制备方法，该发明中金属陶瓷成分重量百分比为：25≤Ti≤30，6≤C≤8.5，25≤Ni≤40，12≤Mo≤20，2≤N≤3，5≤W≤10，0.4≤Cr≤1.0。其制备工艺为：将单质元素Ti、C、Ni、Mo的粉末混合，在Ar气保护下，通过机械合金化制备包括纳米级TiC_X和NiMo固溶体的混合物，再与TiN、WC、Cr₃C₂、C粉末一起配制成符合上述成份的混合物，加入成型剂，压制成型，在真空度高于5Pa的条件下脱蜡，在真空度高于1.0×1.0^-1Pa的条件下烧结，在压力为100- 150MPa，处理温度1350～1400℃的条件下进行热等静压处理。该发明的目的是提供一种具有较高强度(σ_b＝2500～2630MPa)的复合金属陶瓷及其制备方法，但其耐磨性较低(HRA＝91.7～90.0)。 

在切削刀具市场上也出现了一些Ti(C，N)基金属陶瓷，以国内为例，株洲硬质合金集团有限公司“八·五”期间已研制出一些牌号的Ti(C，N)基金属陶瓷刀具材料，如表1所示； 

表1株洲硬质合金集团有限公司的几种金属陶瓷刀片的牌号和性能 

国际方面，以日本为例，数控刀片Ti(C，N)基金属陶瓷刀具占了约25～30％的市场，其主要牌号及性能见表2。 

表2日本市场上主要的金属陶瓷的牌号和性能 

尽管近些年Ti(C，N)基金属陶瓷在国内及国际上都得到了较大的发展，但存在的主要问题是仍然是强韧性不足，并且产品性能不稳定。只有在保持高硬度、高耐磨性的前提下，较大幅度地提高金属陶瓷材料的强度和韧性，实现优良的综合性能，才有可能使Ti(C，N)基金属陶瓷成为一种很好的切削工具材料，同时其应用领域还可扩展到模具市场。 

发明内容：

本发明针对现有技术的不足，提供一种新型的Ti(C，N)基金属陶瓷材料，在保持高硬度高耐磨性的前提下，较大幅度地提高其强度和韧性，使其既可很好地适用于切削工具材料，又可作为拉丝模、压制模等模具材料。同时本发明还提供该新型Ti(C，N)基金属陶瓷材料的制备方法。 

本发明的Ti(C，N)基金属陶瓷，其成份重量百分比为：30≤Ti≤65，8≤W≤25，0≤Ta≤15.0，0≤Nb≤10，4.5≤Mo≤20，3.5≤Ni≤15.0，其中1.0≤Ta+Nb≤20，8≤Ni≤25，其余成分为C和N。 

在本发明中采用两种不同组元的多元复式碳氮化物固溶体陶瓷粉末制备金属陶瓷，不添加金属元素Co，这有别于上述专利所述及市场上的Ti(C，N)基金属陶瓷。 

当所述金属陶瓷之一Ni为14.5～16.0％，Ta为4.3～8.3％，Mo为9.5～13.5％，W为13.5～18.5％(重量百分比)，其余为Ti、C、N和其它微量金属元素，本发明的金属陶瓷的性能得到进一步改进。 

当所述金属陶瓷之一Ni为16.0～18.0％，Ta为5.1～9.1％，Mo为9.0～12.5％，W为13.5～18.0％(重量百分比)，其余为Ti、C、N和其它微量金属元素，本发明的金属陶瓷的性能也能得到进一步改进。