[发明专利]一种金属陶瓷用固溶合金粉末及制备方法

说明书

本发明涉及金属陶瓷用固溶合金粉末的材料技术领域，具体涉及一种金属陶瓷用固溶合金粉末的材料及制备方法。本发明提供的金属陶瓷固溶合金粉末的主要化学式为(Ti，M)(C，N)，M为主要活性金属元素W，Mo，Mn，Ta，Nb，Cr，V，Zr，Re中的任一种或多种组成；其包括以下组分：主要活性金属M为10～50％，C_t为8.5～12.5％，N为8.5～12.5％，C_f≤0.35％，其余含量为合金元素Ti。本发明提供的制备方法克服了传统采用单相化合物粉末作原料加入时在烧结过程中需要高烧结温度以及在液相烧结固溶体形成阶段所引起的金属陶瓷合金粘结骨相不完整的缺点，其活性元素在原料中作为固溶体添加能有效地强化最终金属陶瓷性能，该生产工艺简便易于控制，适用于工业化生产。

技术领域

本发明属于金属陶瓷用固溶合金粉末的材料制备技术领域，具体为一种制备金属陶瓷用固溶合金粉末及制备方法。

背景技术

切削加工技术发展的历史实质上是各类工具材料推陈出新的过程，从最初的工具钢、高速钢、硬质合金等作原材料，到金属陶瓷以及超硬质材料应用的革新，机床切削加工速度从几米/分提升到几百米/分，见证了工具材料发展的全面进步。上世纪五十年代，TiC-Mo-Ni金属陶瓷首次作为刀具材料用于钢的高速精密切削，它具有与硬质合金不相上下的高强度和高硬度。为了提高金属陶瓷的韧性，改善其切削性能，开发和推出韧性很高的细颗粒TiC-TiN基金属陶瓷。从那时以来，金属陶瓷在刀具开发中的应用日趋广泛。它的出现，有益于缓解对于战略金属钨的原料制约，同时在面对钢件和铸铁件的半精加工、精加工领域中，由于其独特的化学稳定性，与被加工工件材料的亲和力低，不易产生积屑瘤等特点，具有提供稳定的刀具切削寿命和良好的表面光洁度的优异性能，从而成为了硬质合金系列产品中极为重要的一环。日本是现今世界上金属陶瓷刀具开发和应用推广最为广泛的国家，约占其硬质合金刀具整体使用量的30％。在国内的金属陶瓷主流应用市场也是来自于日本进口产品，如东芝、京瓷等厂家。中国已成为世界新的制造和加工中心，汽车、航空航天、模具、机械、电子、冶金等行业的蓬勃发展和兴起，给刀具行业的发展提供了巨大的市场空间。

在国家“智能制造”背景下，随着现代高速智能化数控机床工业的不断发展对刀具材料提出了更高的要求，WC-Co硬质合金材料在高温、高速的使用环境中开始失去优势，甚至完全无法使用。因此，越来越多的研究者开始寻找新型刀具材料以取代部分WC-Co硬质合金。Ti(C，N)基金属陶瓷材料性能介于WC-Co硬质合金与陶瓷材料之间，该类材料具有耐磨性能好、红硬性高和热稳定性好、密度低以及抗高温氧化等优异的物理机械性能特点，且生产成本低，有着极高的性价比，能够替代传统硬质合金材料，被广泛应用于精密、高速切削加工刀具上和模具制造等技术领域。金属陶瓷刀具不仅可以提高生产效率，而且解决了高速钢和硬质合金刀具的从发展趋势来看，金属陶瓷刀具所占比例逐年增加，是近几年研究的热点新型材料之一。

日本、欧盟和韩国等国家在Ti(C，N)基金属陶瓷成分设计、工艺优化和粉末细化等方面取得了一定的进展，如日本京瓷切削工具公司(Kyotora)推出了一系列牌号的金属陶瓷切削刀具与欧美等发达国家相比较，我国金属陶瓷材料的发展水平特别是在材料成分设计、制备工艺、制造设备、专业人才等方面都还存在着较大差距。目前，金属陶瓷发展最好的日本，其切削刀具中金属陶瓷(绝大部分是Ti(C，N)基金属陶瓷)己经占到30％以上。美国的切削刀具市场上，金属陶瓷刀具己占8％以上，且仍在增加。但是目前TiCN基金属陶瓷主要包括TiCN硬质相，金属粘结相Co和(或)Ni，Fe，Cr，W等以及第二强化添加剂相WC，Mo₂C，TaC，NbC等相构成的，在烧结制备时其第二强化添加剂相WC，Mo₂C，TaC，NbC等相等需要在高温下溶解-析出形成稳定固溶体，从而使得制备TiCN基金属陶瓷复杂金相组织及界面结构易产生热应力，其金相组织在高温下易长成粗大晶粒和并且分布不均匀，致使制备材料综合性能不能较好地满足其使用性能要求。

发明内容