[发明专利]一种高韧性金属陶瓷模具材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及模具材料领域，具体是一种高韧性金属陶瓷模具材料及其制备方法。

背景技术

模具是工业生产上用以注塑、吹塑、挤出、压铸或锻压成型、冶炼、冲压等方法得到所需产品的各种模子和工具。简而言之，模具是用来成型物品的工具，它主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工，素有“工业之母”的称号。模具的种类繁多，材质也各不相同，金属陶瓷就是一种新兴的模具材料。金属陶瓷由金属和陶瓷原料制成的材料，具有各种优良的性能，例如，金属陶瓷普遍具有耐高温和抗氧化性，因此能够适用于模具工业。如中国专利文件CN1332262A提供一种金属陶瓷模具材料，化学成分(重量％)为：W10-60％，Cr38.5-80％，Al₂O₃1-30％，La₂O₃0-15％，Ni、Co、Fe中任一种或任两种以上之和为0.5-20％，该材料的硬性高、热稳定性好、抗氧化性和耐磨性优良，但韧性表现不够好。韧性表现不佳成为制约金属陶瓷在模具工业中迅速发展的一大难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高韧性金属陶瓷模具材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高韧性金属陶瓷模具材料，由以下按照重量份的原料组成：氮化钽85-96份、硅化钨32-46份、氧化铝10-15份、碳化锆6-9份、氧化钽6-8份、钨粉3-5份、铬粉2-4份、镍粉1-4份。

作为本发明进一步的方案：由以下按照重量份的原料组成：氮化钽87-94份、硅化钨35-42份、氧化铝11-14份、碳化锆7-8份、氧化钽7-8份、钨粉4-5份、铬粉2-3份、镍粉2-3份。

作为本发明再进一步的方案：由以下按照重量份的原料组成：氮化钽91份、硅化钨38份、氧化铝13份、碳化锆8份、氧化钽7份、钨粉4份、铬粉3份、镍粉2份。

作为本发明再进一步的方案：所述氮化钽和硅化钨均采用微米级粉末，氧化铝、碳化锆、氧化钽、钨粉、铬粉和镍粉均采用纳米级粉末。

所述高韧性金属陶瓷模具材料的制备方法，步骤如下：

1)称取氮化钽和硅化钨，加入无水乙醇，搅拌30min后，超声分散40-50min，获得第一分散液；

2)称取氧化铝、碳化锆和氧化钽，球磨混合3-5h后，在1000-1080℃下进行煅烧处理，煅烧1-1.5h，获得煅烧料；

3)将煅烧料自然冷却至室温后，球磨成粉，并过200目筛，获得煅烧粉料；

4)称取钨粉、铬粉和镍粉，并与煅烧粉料混合，加入无水乙醇，搅拌30min后，超声分散40-50min，获得第二分散液；

5)将第一分散液与第二分散液混合，超声分散40-50min后，放入球磨罐中，球磨15-20h，获得球磨液；

6)将球磨液放入真空干燥箱中，在140-145℃下进行真空干燥，获得坯料；

7)将坯料在150Mpa下等静压成型，获得素坯；

8)将素坯放入石墨模具中进行真空热压烧结，获得成品，烧结温度为1550-1580℃，压力为45-50Mpa，具体烧结工艺为：首先以8℃/min升温至烧结温度前100℃，保温30min，然后以4℃/min升温至烧结温度，保温45min，最后随炉冷却至室温。

上述金属陶瓷能够应用于制备高韧性模具材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明制备的高韧性金属陶瓷模具材料的抗弯强度为1048-1127Mpa，断裂韧性为13.54-14.89Mpa·m^1/2，维氏硬度为15.74-17.15，抗弯强度、断裂韧性及维氏硬度均高于现有的金属陶瓷模具材料，尤其是断裂韧性表现优异，有利于推展金属陶瓷材料在模具领域的应用范围。本发明通过添加碳化锆和镍粉，碳化锆、镍粉与其他成分配合，有利于提高模具材料的抗弯强度和断裂韧性。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

实施例1

一种高韧性金属陶瓷模具材料，由以下按照重量份的原料组成：氮化钽85份、硅化钨32份、氧化铝10份、碳化锆6份、氧化钽6份、钨粉3份、铬粉2份、镍粉1份；其中，所述氮化钽和硅化钨均采用微米级粉末，氧化铝、碳化锆、氧化钽、钨粉、铬粉和镍粉均采用纳米级粉末。

所述高韧性金属陶瓷模具材料的制备方法，步骤如下：