[发明专利]一种抗高温软化的金属陶瓷材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属陶瓷材料的制备方法，特别涉及抗高温软化的金属陶瓷材料的制备方法，属于复合材料领域。

背景技术

Ti(C,N)基金属陶瓷是以Ti(C,N)等为基，Ni/Co为粘结剂，并添加WC、Mo₂C、TaC等碳化物采用粉末冶金方法制备的多相固体材料。由于Ti(C,N)基金属陶瓷具有低密度、低的摩擦系数、高硬度、高耐磨性和红硬性等特点，非常适合作机械加工切削刀具材料。特别是Ti(C,N)基金属陶瓷使用资源相对丰富的Ti、Ni作为主要原料，可节约稀缺的W、Co战略资源，目前已经被视为传统硬质合金的替代材料而受到重视。但是，机械加工切削刀具在服役过程中与工件高速摩擦，其接触区的温度可达到1000℃，因此金属陶瓷的高温力学性能对于其切削性能至关重要。

Ti(C,N)基金属陶瓷中通常采用较高的Ni等粘结金属含量，这使得其常温强韧性不足的缺陷得到改善，但金属相在高温下易发生软化甚至蠕变，这是金属陶瓷高温性能弱化的主要原因之一。Ni₃Al金属间化合物不仅在室温下具有高硬度、高强度和优异耐磨耐蚀性能，而且具有优异的高温强度和高温抗蠕变能力，在800～1000℃的温度范围其屈服强度呈现出反常的趋势，即温度升高而不降低。(陈金栌,朱定一,林登宜.Ni₃Al基合金的研究与应用进展.材料导报,2006,20(1):35-38)。因此，将Ni₃Al金属间化合物引入金属陶瓷中来提高金属陶瓷的高温性能成为材料工程中关注的重点。ZL201410082829.0发明了一种含Ni₃Al的Ti(C,N)基金属陶瓷，其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％。该发明先以纯度≥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。然后采用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，再经过模压成形、真空脱脂和真空烧结步骤制备成以Ni₃Al和Ni为粘结剂的Ti(C,N)基金属陶瓷。

可见，目前引入Ni₃Al的方法是基于Ni、Al金属粉末的混合球磨和烧结破碎形成Ni₃Al粉末再加入。此种方法存在着以下问题：如Al粉球磨过程中易氧化，Al粉发生塑性变形呈片状而破碎分散困难，预制Ni₃Al后还需经过破碎过程工艺复杂，破碎的Ni₃Al金属间化合物粒度控制以及后续球磨均匀分散控制困难。

发明内容

本发明针对目前制备抗高温软化的金属陶瓷材料引入Ni₃Al时采用Ni、Al粉末混合球磨、烧结破碎后以Ni₃Al粉末形式加入的方法存在的Al球磨过程中易氧化，Al粉发生塑性变形呈片状而破碎分散困难，预制Ni₃Al后再破碎工艺复杂和球磨分散困难的问题，提出采用先制备Ni(OH)₂包覆含碳Al(OH)₃的复合粘结相，和Ni(OH)₂包覆(Ti_0.5,Mo_x,W_0.5-x)(C,N)颗粒(其中x＝0～0.5)的复合硬质相，二者混合后经过球磨、过滤、干燥等工序后压制成型，最后进行两段气氛烧结，即在低温下Ar/H₂气氛中形成Ni与Al₂O₃，在高温下N₂中Al₂O₃与周围C和N₂反应生产AlN，AlN与Ni发生反应而形成粘结相中含有Ni₃Al的抗高温软化金属陶瓷。

本发明的抗高温软化的金属陶瓷材料的制备方法，其特征在于依次包含以下步骤：