[发明专利]一种采用Ni3Al和Ni为粘结剂的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和粉末冶金技术领域，具体涉及一种采用Ni₃Al和Ni为粘结剂的Ti(C，N)基金属陶瓷及其制备方法。

背景技术

为了解决传统WC-Co硬质合金材料面临的W、Co资源瓶颈问题，满足制造业发展对高端工模具的迫切需求，上世纪20年代末30年代初，德国开始用熔点和硬度高、资源丰富的TiC取代WC作陶瓷相，用化学稳定性好和资源较丰富的Ni取代Co作金属粘结剂，制备TiC基金属陶瓷，但由于Ni对Ti(C，N)颗粒的润湿性差，TiC-Ni金属陶瓷难以具有高的强韧性，致使其无法应用。1956年，美国福特汽车公司研究发现，在TiC-Ni金属陶瓷中引入适量Mo，可改善液态Ni对TiC陶瓷晶粒的润湿性，使陶瓷晶粒显著细化和烧结体致密化，从而使材料抗弯强度大幅度提高。这一发现是制备TiC基金属陶瓷的重大技术突破。1971年，奥地利维也纳工业大学R.Kieffer等人研究发现，引入适量TiN后，TiC-Mo₂C-Ni金属陶瓷的室温和高温力学性能明显提高，由此掀起了Ti(C，N)基金属陶瓷的研究热潮。

金属间化合物Ni₃Al具有比刚度高、弹性模量高、密度低、抗腐蚀性和高温抗氧化性好，且Ni₃Al的屈服强度随温度的升高而增大至700～900℃时达到最大的优异特性，因此采用Ni₃Al作粘结剂有利于提高Ti(C，N)基金属陶瓷的抗腐蚀性，抗氧化性和高温力学性能。然而Ni₃Al的室温塑性和韧性较差，采用Ni₃Al作粘结剂的Ti(C，N)基金属陶瓷室温强韧性低，脆性大，致使其无法工程应用。

发明内容

本发明提供一种采用Ni₃Al和Ni为粘结剂的Ti(C，N)基金属陶瓷，同时提供其制备方法，目的在于使Ti(C，N)基金属陶瓷不仅具有良好的强韧性，还具有优异的抗腐蚀性，抗氧化性和高温力学性能。

本发明所提供的一种采用Ni₃Al和Ni为粘结剂的Ti(C，N)基金属陶瓷，由原料经球磨混料、模压成形、真空脱脂和真空烧结制备而成，其特征在于：

所述原料由TiC、TiN、Mo、WC、石墨、Ni粉和含B的Ni₃Al粉构成，原料中各化学成分的重量百分比为：TiC34.2～43％、TiN8～15％、Mo10～15％、WC5～10％、石墨0.8～1.0％、Ni20～24％、含B的Ni₃Al6～10％；

所述含B的Ni₃Al粉中，各组元重量百分比为：Ni87.23～88.48％，Al11.47～12.68％，B0.5～1.0％。

所述的Ti(C，N)基金属陶瓷的制备方法，包括Ni₃Al粉制备、球磨混料、模压成形、真空脱脂和真空烧结步骤，其特征在于：

(1)Ni₃Al粉制备步骤：以纯度≥99.0％的Ni、Al和B粉为原料，按重量百分比Ni87.23～88.48％，Al11.47～12.68％，B0.5～1.0％制成混合料，对混合料进行湿式球磨，获得成分均匀的混合料料浆，混合料料浆干燥后，进行真空热处理获得多孔疏松的含B的Ni₃Al烧结块体；将含B的Ni₃Al烧结块体粉碎，获得含B的Ni₃Al粉；

(2)球磨混料步骤：采用TiC、TiN、Mo、WC、石墨、Ni粉以及所述含B的Ni₃Al粉为原料配制金属陶瓷混合料，原料中各化学成分的重量百分比为：TiC34.2～43％、TiN8～15％、Mo10～15％、WC5～10％、石墨0.8～1.0％、Ni20～24％、含B的Ni₃Al6～10％，对金属陶瓷混合料进行湿式球磨，获得成分均匀的金属陶瓷料浆；

(3)模压成形步骤：金属陶瓷料浆经干燥、过筛后，添加重量百分比为1％～2％的聚乙二醇(PEG)作为成形剂，在250MPa～400MPa压力下模压成形，获得压坯；

(4)真空脱脂步骤：将压坯在250℃～350℃温度下，真空脱脂4h～10h，得到脱脂压坯；

(5)真空烧结步骤：将脱脂压坯在1450℃～1490℃温度下，真空烧结0.75h～1.5h，得到金属陶瓷烧结体。