[发明专利]含纳米立方氮化硼的金属陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及金属陶瓷及其制备方法，尤其涉及Ti（C，N）基金属陶瓷及其制备方法。

背景技术

Ti（C，N）基金属陶瓷是一类以Ti（C，N）粉或TiC与TiN的混合粉为硬质相主要原料，以Co、Ni、Mo等金属为粘接相原料，且通常还加入有WC、TaC、NbC、Mo₂C、VC、Cr₃C₂等过渡族金属碳化物为添加剂经过粉碎、混合—模压—烧结所形成的复合材料，主要用于制造切削工具。其中，粘接相金属的选择范围较宽，如CN102046823A的专利文献中就提出可在铁族金属中任意选取。实际上，进一步结合该专利文献，可以将Ti（C，N）基金属陶瓷中的硬质相概括为：是由选自元素周期表第4族、第5族和第6族金属的碳化物、氮化物、碳氮化物及碳氮化物固溶体中的一种或多种化合物构成，且构成这些化合物的金属元素主要为Ti。目前，为了提高Ti（C，N）基金属陶瓷的硬度、断裂韧性和抗弯强度，本领域的研究方向主要集中在过渡族金属碳化物的添加方面。

参考文献－“纳米TiN改性Ti（C，N）基金属陶瓷抗热振性能，张晓波等，硬质合金，第24卷第3期，2007年9月”中指出，在Ti（C，N）基金属陶瓷中添加纳米TiN可显著提高金属陶瓷综合力学性能，主要原因在于：1、纳米TiN在粘接相中的溶解占位而降低了硬质相在粘接相中的溶解度，由此使硬质相的晶粒得到细化；2、纳米TiN颗粒对错位起钉扎作用，增大了位错运动的阻碍；3、纳米TiN易在粘接相中溶解，其Ti对粘接相金属起固溶强化作用。

发明内容

本发明旨在提供一种具有优异的综合力学性能的含纳米立方氮化硼的金属陶瓷及其制备方法，以及采用该金属陶瓷的切削工具。

为此，本发明的含纳米立方氮化硼的金属陶瓷材料包括：

硬质相，所述硬质相由选自周期表第4族、第5族和第6族金属的碳化物、氮化物、碳氮化物及碳氮化物固溶体中的一种或多种化合物构成，且构成这些化合物的金属元素主要为Ti；

粘接相，所述粘接相主要由铁族金属构成；以及

强化相，所述强化相由纳米立方氮化硼颗粒构成，每单位重量的金属陶瓷中所述纳米立方氮化硼颗粒的重量占1％～13％。

立方氮化硼（CBN）是仅次于金刚石的第二硬材料，具有良好的物理化学性能，在1400℃以上仍具有高的热稳定性。研究发现，加入纳米立方氮化硼颗粒后，烧结过程中纳米立方氮化硼颗粒并不会与金属陶瓷中的硬质相和粘接相发生反应，纳米立方氮化硼颗粒以弥散相质点的方式存在于金属陶瓷基体中，在大幅度提高金属陶瓷硬度的同时，纳米立方氮化硼颗粒对位错起钉扎作用，增大了位错运动的阻碍，起到了弥散增强的作用，可提高金属陶瓷材料的强度和韧性。基于这样的机理，本发明的金属陶瓷在硬度、抗弯强度和断裂韧性上几乎均得到提高，达到优异的综合力学性能。试验表明，若每单位重量的金属陶瓷中所述纳米立方氮化硼颗粒的重量所占比例大于13％时，材料中脆性相增多将致使材料的抗弯强度和断裂韧性降低至较低的程度。

在本发明的含纳米立方氮化硼的金属陶瓷中，每单位重量的金属陶瓷中所述纳米立方氮化硼颗粒的重量最好占5％～10％。通过试验表明，当纳米立方氮化硼颗粒的重量占每单位金属陶瓷材料重量的5％～10％时，金属陶瓷材料在硬度、抗弯强度和断裂韧性方面均明显优于现有金属陶瓷材料。若纳米立方氮化硼含量低于5％时，则作用不明显；而高于10％时，强化相的增多导致材料抗弯强度和断裂韧性明显降低。

通常情况下，所述铁族金属选自Co、Ni、Fe中的至少一种。

本发明的切削工具，具有含纳米立方氮化硼的金属陶瓷基体，所述金属陶瓷基体包括：

硬质相，所述硬质相由选自元素周期表第4族、第5族和第6族金属的碳化物、氮化物、碳氮化物及碳氮化物固溶体中的一种或多种化合物构成，且构成这些化合物的金属元素主要为Ti；

粘接相，所述粘接相主要由铁族金属构成；以及

强化相，所述强化相由纳米立方氮化硼颗粒构成，每单位重量的金属陶瓷基体中所述纳米立方氮化硼颗粒的重量占1％～13％。

基于已陈述的理由，在本发明的切削工具中，每单位重量的金属陶瓷基体中所述纳米立方氮化硼颗粒的重量最好占5％～10％。

通常情况下，所述铁族金属选自Co、Ni、Fe中的至少一种。

本发明的含纳米立方氮化硼的金属陶瓷的制备方法，包括的步骤为：

1）制备粉末混合物

原料的组份及配比（重量百分比）