[发明专利]一种超细晶高性能Ti(C，N)-TiB2-WC复合金属陶瓷刀具及制备方法

说明书

本发明属于新材料技术领域，公开了一种超细晶高性能Ti(C,N)‑TiB₂‑WC复合金属陶瓷刀具及制备方法。所述超细晶高性能Ti(C,N)‑TiB₂‑WC复合金属陶瓷材料为一步法原位合成，晶粒尺寸小于700nm。其主要组分由以下材料组成：Co：8wt.％(纯度99wt.％，粒度<1μm)，Ti：53‑69wt.％(纯度99.9wt.％，粒度<0.8μm)，C：1‑4wt.％(纯度98wt.％，粒度<1μm)，BN：10‑14wt.％(纯度99wt.％，粒度<0.5μm)，WC：5‑25wt.％(纯度99.9wt.％，粒度<0.4μm)，通过研磨制备粉体，8MPa预压，真空反应热压烧结成坯体，磨制刀片等，最终得到Ti(C,N)‑TiB₂‑WC复合金属陶瓷刀具。本发明方法制得碳化物添加的金属陶瓷刀具与传统的金属陶瓷刀具相比，具有更高的硬度和耐磨性，其热稳定性，耐磨性，导热性，抗氧化性以及高温硬度，高温强度，切削性能都有明显优势。

技术领域

本发明属于新材料技术领域，尤其涉及一种超细晶高性能

Ti(C,N)-TiB₂-WC复合金属陶瓷刀具材料及制备方法

背景技术

作为高速切削刀具，碳氮化钛基金属陶瓷主要原材料丰富，制造成本低，且红硬性、热化学性、耐磨性优良，在淬硬钢、马氏体不锈钢等材料的高速精加工与半精加工领域显示出良好的发展前景。然而，碳氮化钛基金属陶瓷的强韧性不足，在服役过程中易出现剥落甚至微崩刃现象。细晶强化是可同时提高材料强度、硬度、塑性和韧性的有效方法。另外，通过添加适当的碳化物可提高陶瓷相与粘结相之间的润湿性，增强陶瓷相在粘结相中的溶解性，从而可细化晶粒，而且陶瓷相在粘结相中分布更均匀，从而可提高材料强度、硬度、塑性和韧性。研究表明，通过细化晶粒，可增大单位体积内的晶粒数目，使变形分散在更多的晶粒内进行，减小位错塞积群中位错的数目，降低应力集中，抑制裂纹的过早产生。因此，通过添加碳化物和细晶强化，可望制备出高强韧性的碳氮化钛基复合金属陶瓷。

传统的Ti(C,N)-TiB₂复合金属陶瓷刀具材料制备方法由Ti(C,N)粉末、TiB₂粉末和金属粘结剂粉末混料、烧结等工序组成。当Ti(C,N)原料粒径减小到超细尺度以下，其表面积和表面能急剧增大，生产、储存及混合过程中易出现吸氧、团聚现象。而且烧结好的刀具材料其微观晶界间会有不定量的夹杂物，其晶粒大小也不均匀，因此在颗粒表面会出现氧化膜，在团聚体之间则出现大孔隙。上述工艺的烧结温度大多控制在1400-1800℃之间，保温时间1h以上，这种高温长时间的烧结往往会造成Ti(C,N)晶粒的迅速长大。添加晶粒生长抑制剂虽能一定程度上阻止Ti(C,N)颗粒的粗化，也难以达到超细尺度。利用放电等离子烧结技术可低温快速制备超细晶甚至纳米级Ti(C,N)基金属陶瓷，但产物孔隙率偏高。此外，商用Ti(C,N)粉体常由TiC和TiN、或Ti、TiC及N₂在高温环境固溶而成，价格昂贵。

本发明克服上述问题，从产品的制备方法及配方着手，提出一步法原位合成 Ti(C,N)-TiB₂-WC复合金属陶瓷刀具材料的制备方法。而且制备出了性能优异的 Ti(C,N)-TiB₂-WC复合金属陶瓷切削刀片。本发明制成的金属陶瓷刀片具有高的硬度和耐磨性，耐腐蚀性，低的孔隙度和低的成本，可用于高速切削304奥氏体不锈钢，42CrMo淬硬钢，P20塑料模具预硬钢等硬质合金刀具已无法胜任的难加工材料。

发明内容

本发明的目的在于避开了传统粉末冶金法中低温烧结时的不致密Ti(C,N)和高温烧结时的晶粒粗化现象，并克服了烧结体晶界处存在杂质降低了晶界结合力和陶瓷相在粘结相中溶解性小的问题。提出用一种超细晶高性Ti(C,N)-TiB₂-WC 复合金属陶瓷刀具材料及制备方法。