[发明专利]添加氧化铝包覆立方氮化硼复合粉体的(Ti,W)C基金属陶瓷刀具材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种添加氧化铝包覆立方氮化硼复合粉体的(Ti,W)C基金属陶瓷刀具材料及其制备方法，其是由以下质量百分比的主要原料经热压烧结而成：钴2～8％，镍1～5％，钼5～10％，氧化铝包覆立方氮化硼复合粉体1～20％，其余为(Ti,W)C；各组分质量百分比之和为100％。本发明刀具材料形成了以(Ti,W)C为陶瓷基体、c‑BN为核、Al₂O₃为中间层、金属相为壳的多层核壳微观结构；有效提高了刀具材料的致密性，缓和了刀具内部界面应力集中和金属陶瓷晶粒异常长大问题，并解决了c‑BN在高温下向h‑BN转变导致力学性能降低的问题，所得刀具材料具有较好的力学性能，尤其抗弯强度和断裂韧性得到大幅度提高。

背景技术

(Ti,W)C基金属陶瓷材料是在WC-Co系硬质合金和TiC-Ni系金属陶瓷基础上发展起来的一种新型的固溶体基金属陶瓷；其是以(Ti,W)C为硬质相，同时添加WC、TaC等难熔金属碳化物或氮化物，并以钴、镍等为黏结剂的一类复合材料。与传统的WC-Co基硬质合金相比，(Ti,W)C基金属陶瓷刀具在700～1100℃的高温红硬性、耐磨性、热稳定性、抗氧化性和抗粘附性好，切削温度高，其切削速度、使用寿命分别提高3～10倍和2～5倍，且主要原料资源丰富，成本低，是WC-Co基硬质合金高速高效刀具的理想升级替代产品。相比TiC-Ni基金属陶瓷材料，(Ti,W)C固溶体中WC的存在使得硬质颗粒与粘结相的润湿性更好(TiC与Ni在真空条件下1450℃时的润湿角是30°，而WC与Ni在相同条件下的润湿角是0°)。相比Ti(C,N)基金属陶瓷材料，(Ti,W)C不含N元素，因此不存在Ti(C,N)基金属陶瓷高温烧结时脱氮进而造成孔隙增加、强度降低的问题。因此，(Ti,W)C基金属陶瓷被看作是有较大发展潜力的硬质复合材料。

中国专利文献CN106316398A公开了一种添加立方氮化硼的碳化钨钛基陶瓷刀具材料及其制备方法。该刀具材料原料组分质量百分比为：微米碳化钨钛80-84％，纳米立方氮化硼1-5％，纳米钴15％；该发明以立方氮化硼作为增强相，达到了颗粒弥散增强效果。但在高温下立方氮化硼易于向六方氮化硼发生相变，从而会产生力学性能降低的问题；由于热膨胀失配，直接加入立方氮化硼易导致刀具材料内部应力较大，力学性能不高。中国专利文献CN106904947A公开了一种添加h-BN@Ni核壳结构复合粉体的自润滑陶瓷刀具材料及其制备方法；各原料组分质量百分含量为：α-Al₂O₃ 25-45％，(W,Ti)C 50-70％，镍包覆六方氮化硼复合粉体按h-BN的质量计2-10％，MgO 0.4-1.5％。该发明可大幅提高自润滑陶瓷刀具材料的断裂韧性，降低陶瓷刀具材料的烧结温度；但六方氮化硼的力学性能较差，金属相的硬度较低，采用金属Ni包覆h-BN可以利用金属的良好断裂韧性，改善刀具材料整体的断裂韧性，但未解决抗弯强度和硬度低的问题，作为刀具使用性能较差。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种添加氧化铝包覆立方氮化硼复合粉体的(Ti,W)C基金属陶瓷刀具材料及其制备方法。本发明通过添加氧化铝包覆立方氮化硼复合粉体和金属粘结相钼、镍、钴形成以(Ti,W)C为陶瓷基体、c-BN为核、Al₂O₃为中间层、金属黏结相为壳的多层核壳微观结构；所得多层核壳微观结构提高了刀具材料的致密性，缓和了(Ti,W)C基金属陶瓷刀具内部的界面应力集中问题和金属陶瓷晶粒的异常长大问题，并成功解决了c-BN在较高温度下向h-BN发生相变而导致力学性能降低的问题。相比不进行包覆(即直接加入c-BN、Al₂O₃和金属黏结相)，所得刀具材料力学性能均有提高，尤其抗弯强度和断裂韧性得到大幅度的提高。

术语说明：

c-BN@Al(OH)₃：是指氢氧化铝包覆立方氮化硼复合粉体的简写；

c-BN@Al₂O₃：是指氧化铝包覆立方氮化硼复合粉体的简写。

本发明的技术方案如下：