[发明专利]金属陶瓷合金制备方法及其产品

说明书

技术领域

本发明属于金属陶瓷烧结技术领域，尤其涉及一种TiCN、TiC基金属陶瓷合金制备方法及其产品。

背景技术

人们习惯将TiC基、Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料直接称为金属陶瓷，而将传统的WC-Co硬质合金复合材料称为硬质合金。Ti(C,N)基金属陶瓷在高速切削条件下具有较高的红硬性、耐磨性、耐热性及抗月牙洼磨损能力，是钢材高速精加工和半精加工理想的切削工具材料。

Ti(C,N)基金属陶瓷最基本的成分包括Ti(C,N)（或TiC+TiN）、TiC、Ni、Co和Mo（或Mo₂C），在进行金属陶瓷的成分设计时，人们还可能根据不同的性能需要加入不同的添加剂。Ni、Co粘结相的加入主要是提高金属陶瓷合金的强度和韧性。在高温烧结过程中粘结相金属已成液相状态，由于粉末孔隙毛细管作用和液相粘结相在真空状态下有往表面扩散的趋势，特别是在烧结冷却的高温阶段，金属陶瓷在石墨发热体和石墨内胆内，其表面的碳势比内部高，导致表面粘结相的熔点低，内部粘结相的熔点高，冷却时，内部先收缩，将部分液相粘结相挤出表面。冷却速度越慢，这个过程越明显，金属陶瓷合金表面富粘结相越明显。只有加快冷却速度，才能阻止这个过程的发生。但在一般的真空烧结炉内，由于有比较厚的保温层（筒），真空冷却的速度是很慢且不可控的。这样一般烧结工艺下，烧结金属陶瓷合金表面都会有1～2μm粘结相富集层。对于数控刀片和耐磨结构件，该表面粘结相富集层一方面浪费了昂贵的粘结相金属；另一方面也降低了金属陶瓷合金表面涂层的结合强度，使金属陶瓷表面涂层刀片达不到使用要求，因此，表面这一粘结相富集层是不希望出现且必须设法除去的。这样就增加了去除表面粘结相富集层的工艺和费用。虽然去除合金表面粘结相层可以通过机械喷砂和机械抛光，但其可控性差，且可能造成合金表面，特别是对刀尖刃口的破坏。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种操作简单、生产成本低、工艺过程容易控制、生产效率高的金属陶瓷合金制备方法，该方法制备的金属陶瓷合金的表面不含金属粘结相富集层。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种金属陶瓷合金的制备方法，包括以下步骤：

（1）配料：选用Ta、W、Mo、Cr、Ti的碳化物和TiCN作为硬质相原料，Co和/或Ni作为金属粘结相原料，各原料的质量百分比如下：

金属粘结相原料  6%～25%，

硬质相原料      其余，

各原料质量百分比的总和为100%；

（2）混合：将上述准备的各原料与成型剂混合均匀；

（3）压制：将混合后的原料进行球磨、干燥、制粒，并压制成生坯；

（4）烧结：将上述的生坯放入烧结炉内烧结，包括以下阶段：

a.低温脱出成型剂：从室温升温到成型剂的气化温度；

b.固相气氛升温烧结：从成型剂的气化温度升温到共晶温度，并从800℃到共晶温度通入CO气体，进行气氛烧结；

c.液相升温烧结：从共晶温度升温到烧结温度；

d.烧结保温：烧结温度进行保温30min～120min；

e.快速冷却：以45℃/min～60℃/min的速度快速冷却（一般的冷却为真空冷却或者随炉冷却，冷却速度比较慢，大约为15℃/min），冷却至室温，得到金属陶瓷合金。

上述本发明的制备方法中，所述的金属粘结相原料粉末的平均粒度为0.5μm～1.5μm；所述的硬质相原料粉末的平均粒度为0.5μm～3.5μm。

上述本发明的制备方法中，所述的成型剂气化温度是指有助于原料压制成生坯的成型剂（例如聚乙二醇）在烧结过程中从坯体中气化脱出的温度，一般为400℃～500℃；所述共晶温度指金属硬质相如WC与粘结相如Co形成共晶的温度点，也是开始出现液相的温度点，随金属陶瓷合金成分的不同，共晶温度点略有差异，一般为1270℃～1380℃，优选为1320℃～1350℃；所述烧结温度指产品烧结时的温度，为1430℃～1530℃。

上述本发明的制备方法中，所述的固相气氛升温烧结，通入CO气体起始温度为800℃～1100℃，压力为50Pa～500Pa，结束温度为共晶温度。

上述本发明的制备方法中，所述快速冷却阶段，打开烧结炉两端保温层，打开的距离为30cm～40cm，真空快速冷却（由于普通的冷却未打开保温层，故冷却速度慢）。