[发明专利]一种高耐磨强韧性NbC基轻质金属陶瓷合金及其制备方法

说明书

本发明涉及金属陶瓷材料制备技术领域，涉及一种高耐磨强韧性NbC基轻质金属陶瓷合金及其制备方法。本发明的金属陶瓷合金按质量百分比计，其成分为35～90％NbC，5～55％(Nb,M)C，5～30％WC，0～30％TiC，0～30％TiN，0～25％Ti(C,N)，0～20％Ni，0～20％Mo，0～20％Cr，0～15％Fe，0～15％Co，0～20％Mo₂C，0～15％TaC，晶粒抑制剂0～2.5％ZrC，0～5％VC，0～5％Cr₂C₃，0～1.2％炭黑等原料配成混合料，装入不锈钢球磨罐中并加入无水乙醇或己烷等介质和硬脂酸及石蜡或PVA，经球磨、过筛及模压制成坯料、烧结冷却可制得高耐磨强韧性NbC基轻质金属陶瓷合金。本发明所制备的NbC基轻质金属陶瓷合金能够克服了传统WC硬质合金高温耐磨性不足和比重大的缺点，而且价格低廉，工艺简便，适用于工业化生产。

技术领域

本发明属于金属陶瓷材料制备技术领域，具体为一种高耐磨强韧性NbC基轻质金属陶瓷合金及其制备方法。

背景技术

硬质合金具有很高的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性，用于制造切削工具、刀具、钴具和耐磨零部件，广泛应用于军工、航天航空、机械加工、冶金、石油钻井、矿山工具、电子通讯、建筑等领域，伴随下游产业的发展，硬质合金市场需求不断加大。并且未来高新技术武器装备制造、尖端科学技术的进步以及核能源的快速发展，将大力提高对高技术含量和高质量稳定性的硬质合金产品的需求。硬质合金是以高硬度难熔金属的碳化物(WC、TiC)微米级粉末为主要成分，以钴(Co)或镍(Ni)、钼(Mo)为粘结剂，在真空炉或氢气还原炉中烧结而成的粉末冶金制品。

目前，切削刀具行业最常用的材料主要采用WC-Co硬质合金，但是其硬质合金具有其下几点不足：其一粘结相采用的主要原料Co，近几年价格波动非常大，导致合金成本持续上涨；其二Co粉在配制过程中具有较强的工业毒性，尤其是WC-Co复合粉会对人体肺部造成的永久伤害；其三随着大量应用的金属材料向高强韧度、高耐磨方向升级更换，对硬质合金材料相关性能要求更加严格，这使得在高温、高速加工等使用条件下WC-Co硬质合金材料性能在某些方面已无法胜任和满足应用要求。因此，取代或部分替换WC-Co硬质合金材料正成为研究热点课题。

发明内容

针对上述传统硬质合金在成本及性能上的不足，本发明的目的在于提供一种高耐磨强韧性NbC基轻质金属陶瓷合金以解决粘结相Co价格高、WC-Co复合粉毒性大以及WC基高温耐磨性不足和比重大的问题。

一种高耐磨强韧性NbC基轻质金属陶瓷合金及其制备方法，包括如下：粉末按质量百分比称取和配制：硬质相粉末化学成分质量百分比为35～90％NbC，0～55％(Nb,M)C；强化相粉末化学成分质量百分比为5～30％WC，0～25％TiC，0～25％TiN，0～25％Ti(C,N)，0～15％Mo₂C，0～10％TaC；粘结相基体合金粉末化学成分质量百分比为0～20％Ni，0～20％Mo，0～20％Cr，0～15％Fe，0～15％Co；晶粒抑制剂粉末0～2.5％ZrC，0～2.5％VC，0～5％Cr₂C₃，以及0～1.2％炭黑粉末。

其中，硬质相粉末、强化相粉末、粘接相粉末、晶粒抑制剂粉末以及炭黑粉末选用微米粉末、亚微米、纳米粉末中的任意一种或几种，即硬质相、强化相、粘接相、晶粒抑制剂中的每种原料均可选用微米粉末、亚微米、纳米粉末中的任意一种或几种。

进一步地，(Nb,M)C的M元素为Mo,W,Ta,Ti,Zr,Cr,V固溶体粉末中的任意一种或几种，其中按照质量分数比Nb占50％～95％。