[发明专利]一种纳米增强金属陶瓷的组织及热冲击性能的工艺

说明书

技术领域

本发明公开了一种纳米增强金属陶瓷的组织及热冲击性能的工艺。

背景技术

 Ti (C，N) 基金属陶瓷材料由于硬度高、耐磨性能好、高温化学稳定性好，非常适合用作切削刀具材料。与传统的WC-Co硬质合金相比，Ti (C，N)基金属陶瓷具有如下优点：高的红硬性、高温抗氧化性能好、高的热导率。这些性能使得Ti (C，N) 基金属陶瓷更适于进行高速切削和对材料的精加工和半精加工。但是，与WC-Co硬质合金相比， Ti (C，N) 基金属陶瓷较低的强韧性却极大地限制了它作为刀具材料的应用。

为了克服上述问题，本发明设计通过细化晶粒、纳米增强、成分优化以及新制造技术的运用(如自蔓延高温合成技术(SHS) ) 可以获得细晶粒、高性能的Ti (C，N) 基金属陶瓷材料。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，发明一种纳米增强金属陶瓷的组织及热冲击性能的工艺。其技术方案是一种纳米增强金属陶瓷的组织及热冲击性能的工艺，其特征是：通过细化晶粒（采用超微和纳米粉末，并添加晶粒长大抑制剂）、纳米增强、成分优化以及新制造技术的运用（如自蔓延高温合成技术(SHS)）可以获得细晶粒、高性能的Ti (C，N) 基金属陶瓷材料，形成一种纳米增强金属陶瓷的组织及热冲击性能的工艺。

纳米增强金属陶瓷的成分为：39%TiC+10%TiN(nm)+15%Mo+15%WC+20%Ni+1%C ( TiC为超细粉)。

具体工艺：制备时先以无水乙醇作为分散介质，用表面活性剂（十二烷基苯璜酸）作为分散剂，将TiC超细粉和纳米TiN粉末用ZB2202T型超声清洗机分散30min。然后与其它微米粉末混合按照比例后加入适量无水乙醇并置于QM21F行星式球磨机上进行球磨24h。待混合料干燥后，加入一定量的汽油橡胶溶液进行造粒，然后在200MPa下模压成形，在800 ℃真空下脱胶60 min，最后在1440℃下真空烧结1h得到试样。

本发明的特点是：用超微TiC粉末与用微米TiC粉末制备的金属陶瓷组织中陶瓷相呈现典型的芯-壳结构特征，芯为TiC或Ti (C，N)，而壳则为( Ti，Mo，W) (C，N) 固溶体，基体TiC颗粒的晶界上分布的纳米TiN颗粒对TiC颗粒的运动起到了钉扎作用，限制了基体TiC颗粒的长大，故可以获得超细晶粒的金属陶瓷材料。纳米增强金属陶瓷机制为细晶强化、弥散强化和固溶强化。细晶强化：由于纳米颗粒在粘结相中的扩散与溶解以及沿晶界分布，降低了硬质相在粘结相中的溶解度而阻碍了晶粒长大。弥散强化：对于纳米颗粒增强复合材料，当材料发生形变时，在晶界及相界处弥散分布的纳米TiN颗粒对位错起到很好的钉扎作用，从而使金属陶瓷性能得到提高。固溶强化：由于纳米TiN颗粒易于在粘结相中溶解与扩散，使粘结相中Ti含量升高。由于Ti可以耐更高的温度，在粘结相中固溶度的增加，可以提高粘结相的熔点，这对提高Ti (C，N) 基金属陶瓷用作刀具时的红硬性有所帮助。通过采用超微和纳米粉末，并添加晶粒长大抑制剂从而细化晶粒、纳米增强、成分优化以及新制造技术的运用(如自蔓延高温合成技术(SHS) ) 可以获得细晶粒、高性能的Ti (C，N) 基金属陶瓷材料，显著增强金属陶瓷的组织和抗热冲击性，进一步提高金属陶瓷的力学性能及其刀具的高速切削性能，市场应用前景广阔。

具体实施方式

一种纳米增强金属陶瓷的组织及热冲击性能的工艺，其特征是：通过细化晶粒（采用超微和纳米粉末，并添加晶粒长大抑制剂）、纳米增强、成分优化以及新制造技术的运用（如自蔓延高温合成技术(SHS)）可以获得细晶粒、高性能的Ti (C，N) 基金属陶瓷材料，形成一种纳米增强金属陶瓷的组织及热冲击性能的工艺。

纳米增强金属陶瓷的成分为：39%TiC+10%TiN(nm)+15%Mo+15%WC+20%Ni+1%C ( TiC为超细粉) 。

具体工艺：制备时先以无水乙醇作为分散介质，用表面活性剂（十二烷基苯璜酸）作为分散剂，将TiC超细粉和纳米TiN粉末用ZB2202T型超声清洗机分散30min。然后与其它微米粉末混合按照比例后加入适量无水乙醇并置于QM21F行星式球磨机上进行球磨24h。待混合料干燥后，加入一定量的汽油橡胶溶液进行造粒，然后在200MPa下模压成形，在800 ℃真空下脱胶60 min，最后在1440℃下真空烧结1h得到试样。