[发明专利]金刚石－Ti（C，N）基金属陶瓷复合材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种金属陶瓷复合材料及其制备方法，具体涉及金刚石－Ti（C，N）基金属陶瓷复合材料及其制备方法。

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、Cu等金属为粘接相原料，且通常还加入WC、TaC、NbC、Mo₂C、VC、Cr₃C₂等过渡族金属碳化物，经过混料—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。

为了提高Ti（C，N）基金属陶瓷的硬度及切削性能，本申请的发明人曾在原料中直接添加金刚石并进行机械混合，之后再按现有方式制得了一种含有金刚石的Ti（C，N）基金属陶瓷复合材料。在高速切削试验中发现，这种材料对金刚石的把持力不足，在高速切削过程中金刚石容易脱落；另外，虽然这种材料的硬度有明显提高，但耐磨性、断裂韧性和抗弯强度并不理想。

发明人进一步研究发现，造成上述问题的原因主要有以下几方面：第一，粘结相金属对金刚石的浸润性差，无法有效阻止金刚石与过渡族金属碳化物界面的形成，造成材料基体对金刚石的把持力较低；第二，高温烧结时金刚石容易热损伤，从而降低材料的耐磨性；第三，高温烧结导致金刚石的表面石墨化，使材料的耐磨性、断裂韧性和抗弯强度整体下降。

发明内容

本申请旨在提供一种在提高硬度的同时可保证耐磨性的金刚石－Ti（C，N）基金属陶瓷复合材料及其制备方法。

针对本申请的金刚石－Ti（C，N）基金属陶瓷复合材料，该材料是由以下方法制备得到，该方法包括的步骤为：

1）制备粉末混合物

原料的组份及配比（重量百分比）

Ti（C，N）粉末：    40％～60％

铁族金属：          10％～15％

粉末添加剂：        10％～20％

过渡族金属碳化物：  其余

所述粉末添加剂由平均粒径为20微米～70微米的颗粒物组成，这些颗粒物是由金刚石粒芯及包覆于金刚石粒芯表面的金属镀层构成，所述金属镀层选自Co、Ni中的至少一种；

按照上述组份及配比，将所述Ti（C，N）粉末、铁族金属、粉末添加剂以及过渡族金属碳化物进行混合，制得粉末混合物；

2）成型

通过压力成型将上述粉末混合物制成压坯；

3）烧结

采用放电等离子技术对上述压坯进行烧结，烧结时在30分钟～40分钟内将压坯加热至1100℃～1250℃并保温2分钟～10分钟，烧结压力为20Mpa～40Mpa，冷却后即得到所述金刚石－Ti（C，N）基金属陶瓷复合材料。

在本申请金刚石－Ti（C，N）基金属陶瓷复合材料制备时的烧结过程中，由Co、Ni中的至少一种构成的金属镀层与过渡族金属碳化物进行反应，从而能有效阻止金刚石粒芯与过渡族金属碳化物界面的形成，由此增强了材料基体对金刚石粒芯的把持力和金刚石热稳定性，从而在提高金属陶瓷复合材料硬度的同时增强了高速切削过程中材料的耐磨性。此外，采用本申请的放电等离子烧结条件，有效降低了烧结温度和减少烧结时间，从而减少金刚石粒芯在高温烧结过程中的石墨化转变，增强金刚石的稳定性，提高金属陶瓷复合材料的硬度、强韧性及耐磨性。粉末添加剂采用平均粒径为20微米～70微米的颗粒物，可确保金刚石－Ti（C，N）基金属陶瓷复合材料在高速切削过程中表现出优异的切削和耐磨损性能。

所述金属镀层的重量最好占每单位粉末添加剂重量的5％～10％，以实现金属镀层对金刚石粒芯的完全包覆，保证材料基体对金刚石粒芯的充分把持。若金属镀层的重量占每单位粉末添加剂重量的比例小于5％，则难以实现金属镀层对金刚石粒芯的完全包覆，材料基体对金刚石粒芯的把持性能的提高不会十分明显（但仍有一定提高）；但如果金属镀层的重量占每单位粉末添加剂重量的比例大于10％，金属镀层在化学镀过程中会疏松化，导致金属镀层对金刚石的把持性能下降。

通常情况下，所述铁族金属选自Co、Ni、Fe中的一种或几种。

通常情况下，所述过渡族金属碳化物选自WC、TaC、NbC、Mo₂C、VC中的一种或几种。

针对本申请的金刚石－Ti（C，N）基金属陶瓷复合材料的制备方法，该制备方法包括的步骤为：

1）制备粉末混合物