[发明专利]稀土合金粉末改性的Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属陶瓷材料制备技术领域，特别涉及一种稀土合金粉末改性的Ti(C，N)基金属陶瓷及其制备方法。 

背景技术

Ti(C，N)基金属陶瓷由于其具有较高的硬度和耐磨性、优良的化学稳定性、红硬性和抗蠕变性能，以及极低的摩擦因数等一系列性能优点，因而受到国内外的普遍关注，并且已显示了其作为传统的WC-Co硬质合金替代材料的巨大潜力。但就使用性能来讲，Ti(C，N)基金属陶瓷尚存在强度和韧性不足的弱点，这一弱点不仅影响其使用寿命，而且也使它的使用范围受到限制。因此如何提高Ti(C，N)基金属陶瓷的强韧性就成为材料工作者所关注的问题，其中向其添加稀土元素就是一种有效的途径。在Ti(C，N)基金属陶瓷中添加少量稀土元素能细化硬质相组织、改善金属相对陶瓷相的润湿性、改善界面杂质分布状况、净化晶界、强化粘结相，从而有效地提高金属陶瓷的力学性能。但由于稀土元素活性高，极其容易被氧化，且稀土元素的添加量属微量，必然造成稀土元素在Ti(C，N)基金属陶瓷中的均匀性分布难以控制，导致稀土Ti(C，N)基金属陶瓷材料的性能稳定性较差，从而极大地影响了这项技术的进一步发展。中国专利CN 101487094A公布了“含稀土的碳氮化钛金属陶瓷粉末及其制备方法”。该专利提供了两种制备含稀土的碳氮化钛金属陶瓷粉末的方法，可有效解决稀土相的偏聚问题。但该方法工艺流程复杂且不易控制，造成相关产品的工业化生产较困难，且对于稀土Ti(C，N)基金属陶瓷致密块体材料的生产制备并未能提出合理的方案。 

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提出一种稀土合金粉末改性的Ti(C，N)基金属陶瓷。该新型Ti(C，N)基金属陶瓷在保持高硬度、高耐磨性的前提下，能较大幅度地提高其强度和韧性，使其具备优良的综合性能，并较好地解决 稀土元素在Ti(C，N)基金属陶瓷中分布的均匀性问题。 

本发明的另一个目的还在于通过合理的成分设计和优化制备工艺相结合，提供一种能进一步改善材料的综合性能，生产工艺简便，生产成本相对低的含稀土元素的Ti(C，N)基金属陶瓷的制备方法。 

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为所述稀土合金粉末改性的Ti(C，N)基金属陶瓷，包括以Co、Ni或选自Co、Ni和Fe中的至少两种组分作为粘结相，以Ti(C，N)为基本硬质相，至少一种任选的金属碳化物，和稀土合金粉末改性剂，Ti(C，N)基金属陶瓷材料的组成组分以重量百分数计为： 

在上述技术方案中，所述粘结相可分别选用Co或Ni两种金属粉末作为粘结相，也可选用Co、Ni和Fe中的两种金属粉末作为粘结相，优选Co、Ni和Fe三种金属粉末作为粘结相，当选用Co、Ni和Fe中的两种或三种金属粉末作为粘结相时，可以任意比混合，但总含量的重量分数必须满足8％～30％的要求。 

在上述技术方案中，所述稀土合金粉末改性剂最好是一种稀土-粘结相合金，其中粘结相可由金属元素Co和M组成，所述M可为Ni、Fe、Cr、V、Cu和Al等中的至少一种，所述稀土可为Ce、La、Sm、Pr、Nd、Y、Er、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb、Lu和Pm等中的至少一种。 

在上述技术方案中，所述金属碳化物可选自WC、Mo₂C、TaC、NbC、Cr₃C₂和VC等。 

上述稀土合金粉末改性的Ti(C，N)基金属陶瓷可采取包括如下工艺步骤的方法来制备： 

(1)按Ti(C，N)基金属陶瓷的组成组分配料，将配制好的原料混合粉末置入球磨机，加入研磨介质进行湿磨分散，充分湿磨分散后，取出研磨球体，将得以充分湿磨分散的混合浆料进行沉淀、干燥； 

(2)按混合料重量的1～2wt％掺入成型剂，充分混合均匀后进行造粒、干燥，得到得流动性良好的混合粒料； 

(3)将上述干燥后的混合粒料装入模具中进行机械模压成型，压制成型坯料置入真空炉中，于250～350℃和450～600℃下各保温40～120min脱出成型剂，真空炉内的真空度为1×10^-1Pa～1×10^-3Pa； 

(4)将脱出成型剂的成型坯料置于低压烧结炉中，在1430～1500℃下烧结90～120min，烧结完成后通入惰性气氛冷却到室温出炉，即制得Ti(C，N)基金属陶瓷。