專(zhuān)利名稱(chēng)：稀土合金粉末改性的Ti(C,N)基金屬陶瓷及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬陶瓷材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種稀土合金粉末改性的 Ti (C，N)基金屬陶瓷及其制備方法。
背景技術(shù)：
Ti (C,N)基金屬陶瓷由于其具有較高的硬度和耐磨性、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、紅硬性和抗蠕變性能，以及極低的摩擦因數(shù)等一系列性能優(yōu)點(diǎn)，因而受到國(guó)內(nèi)外的普遍關(guān)注，并且已顯示了其作為傳統(tǒng)的WC-Co硬質(zhì)合金替代材料的巨大潛力。但就使用性能來(lái)講，Ti (C， N)基金屬陶瓷尚存在強(qiáng)度和韌性不足的弱點(diǎn)，這一弱點(diǎn)不僅影響其使用壽命，而且也使它的使用范圍受到限制。因此如何提高Ti(C，N)基金屬陶瓷的強(qiáng)韌性就成為材料工作者所關(guān)注的問(wèn)題，其中向其添加稀土元素就是一種有效的途徑。在Ti (C，N)基金屬陶瓷中添加少量稀土元素能細(xì)化硬質(zhì)相組織、改善金屬相對(duì)陶瓷相的潤(rùn)濕性、改善界面雜質(zhì)分布狀況、凈化晶界、強(qiáng)化粘結(jié)相，從而有效地提高金屬陶瓷的力學(xué)性能。但由于稀土元素活性高，極其容易被氧化，且稀土元素的添加量屬微量，必然造成稀土元素在Ti (C，N)基金屬陶瓷中的均勻性分布難以控制，導(dǎo)致稀土 Ti (C，N)基金屬陶瓷材料的性能穩(wěn)定性較差，從而極大地影響了這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。中國(guó)專(zhuān)利CN 101487094A公布了“含稀土的碳氮化鈦金屬陶瓷粉末及其制備方法”。該專(zhuān)利提供了兩種制備含稀土的碳氮化鈦金屬陶瓷粉末的方法， 可有效解決稀土相的偏聚問(wèn)題。但該方法工藝流程復(fù)雜且不易控制，造成相關(guān)產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)較困難，且對(duì)于稀土 Ti (C，N)基金屬陶瓷致密塊體材料的生產(chǎn)制備并未能提出合理的方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提出一種稀土合金粉末改性的 Ti (C,N)基金屬陶瓷。該新型Ti(C，N)基金屬陶瓷在保持高硬度、高耐磨性的前提下，能較大幅度地提高其強(qiáng)度和韌性，使其具備優(yōu)良的綜合性能，并較好地解決稀土元素在Ti (C， N)基金屬陶瓷中分布的均勻性問(wèn)題。本發(fā)明的另一個(gè)目的還在于通過(guò)合理的成分設(shè)計(jì)和優(yōu)化制備工藝相結(jié)合，提供一種能進(jìn)一步改善材料的綜合性能，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)便，生產(chǎn)成本相對(duì)低的含稀土元素的Ti (C,N) 基金屬陶瓷的制備方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為所述稀土合金粉末改性的Ti (C， N)基金屬陶瓷，包括以Co、Ni或選自Co、Ni和!^e中的至少兩種組分作為粘結(jié)相，以Ti (C， N)為基本硬質(zhì)相，至少一種任選的金屬碳化物，和稀土合金粉末改性劑，Ti (C，N)基金屬陶瓷材料的組成組分以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為粘結(jié)相基本硬質(zhì)相金屬碳化物稀土合金粉末改性劑
0.1% 3%。
39% 65%
8% 30%
15% 50%在上述技術(shù)方案中，所述粘結(jié)相可分別選用Co或M兩種金屬粉末作為粘結(jié)相，也可選用Co、Ni和!^e中的兩種金屬粉末作為粘結(jié)相，優(yōu)選Co、Ni和!^e三種金屬粉末作為粘結(jié)相，當(dāng)選用Co、Ni和！^中的兩種或三種金屬粉末作為粘結(jié)相時(shí)，可以任意比混合，但總含量的重量分?jǐn)?shù)必須滿(mǎn)足8% 30%的要求。在上述技術(shù)方案中，所述稀土合金粉末改性劑最好是一種稀土-粘結(jié)相合金，其中粘結(jié)相可由金屬元素Co和M組成，所述M可為Ni、Fe、Cr、V、Cu和Al等中的至少一種， 所述稀土可為 Ce、La、Sm、Pr、Nd、Y、Er、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、Yb、Lu 和 Pm 等中的至少一種。在上述技術(shù)方案中，所述金屬碳化物可選自WC、Mo2C、TaC、NbC、Cr3C2和VC等。上述稀土合金粉末改性的Ti (C，N)基金屬陶瓷可采取包括如下工藝步驟的方法來(lái)制備(1)按Ti(C，N)基金屬陶瓷的組成組分配料，將配制好的原料混合粉末置入球磨機(jī)，加入研磨介質(zhì)進(jìn)行濕磨分散，充分濕磨分散后，取出研磨球體，將得以充分濕磨分散的混合漿料進(jìn)行沉淀、干燥；(2)按混合料重量的1 2wt%摻入成型劑，充分混合均勻后進(jìn)行造粒、干燥，得到得流動(dòng)性良好的混合粒料；(3)將上述干燥后的混合粒料裝入模具中進(jìn)行機(jī)械模壓成型，壓制成型坯料置入真空爐中，于250 350°C和450 600°C下各保溫40 120min脫出成型劑，真空爐內(nèi)的真空度為1 X KT1Pa 1 X KT3Pa ；(4)將脫出成型劑的成型坯料置于低壓燒結(jié)爐中，在1430 1500°C下燒結(jié)90 120min，燒結(jié)完成后通入惰性氣氛冷卻到室溫出爐，即制得Ti (C，N)基金屬陶瓷。在上述制備稀土合金粉末改性的Ti (C，N)基金屬陶瓷技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步采取以下技術(shù)措施。下述各項(xiàng)技術(shù)措施可單獨(dú)實(shí)施，也可組合實(shí)施，甚至一并實(shí)施。所述研磨介質(zhì)優(yōu)先選用無(wú)水乙醇或甲醇；所述成型劑為聚乙二醇、石蠟、丁納橡膠和SD膠中的一種；所述濕磨分散優(yōu)先考慮于滾筒式球磨機(jī)中進(jìn)行，研磨球體優(yōu)先選用 WC-8Wt%C0硬質(zhì)合金球，球料比可控制在(15 8) :1范圍；滾筒式球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速可控制在 20 40轉(zhuǎn)/分鐘的范圍，濕磨分散的時(shí)間一般為60 90小時(shí)；充分濕磨分散后的混合漿料經(jīng)沉淀分離得到的混合料，優(yōu)先考慮采用真空干燥，真空干燥溫度可控制在60 80°C的范圍；成型坯料置于低壓燒結(jié)爐中燒結(jié)的壓力，優(yōu)先考慮控制在1 范圍，惰性氣氛優(yōu)先考慮為氬氣或氮?dú)狻１景l(fā)明還采取了其他一些技術(shù)措施。本發(fā)明在不改變傳統(tǒng)Ti (C，N)基金屬陶瓷的制備工藝流程的條件下，通過(guò)添加稀土合金粉末改性劑，有效地抑制了燒結(jié)體合金中Ti (C，N)硬質(zhì)相晶粒的長(zhǎng)大，可獲得晶粒細(xì)小、分布均勻的Ti (C，N)硬質(zhì)相。同時(shí)在燒結(jié)過(guò)程中，稀土元素與原料粉末中帶入的雜質(zhì)元素0、S等反應(yīng)生成稀土化合物，凈化了界面，提高了界面結(jié)合強(qiáng)度，并改善了金屬相對(duì)陶瓷相的潤(rùn)濕性。另外，稀土合金粉末的加入使得微觀組織中白色芯相的比例增加，這有利于降低黑色芯相與環(huán)形相之間存在的組織應(yīng)力，且進(jìn)一步加強(qiáng)了 W、M0、Ta、Cr或V等強(qiáng)化Co、 Ni和/或狗粘結(jié)相的作用，從而提高了 Ti (C，N)基金屬陶瓷的斷裂韌性、抗彎強(qiáng)度和硬度， 使其顯示出更好的耐磨性和優(yōu)異的抗沖擊能力。通過(guò)加入稀土元素改性Ti (C，N)基金屬陶瓷，加入稀土元素的量都比較少。本發(fā)明提供的稀土合金粉末改性的Ti (C，N)基金屬陶瓷，所加入的稀土元素采取以稀土-粘結(jié)相合金形式加入，使稀土元素事先固溶于粘結(jié)相組分中，然后再以稀土合金形式添加于金屬陶瓷中，保證了稀土元素在金屬陶瓷中分布彌散均勻，克服了由于稀土加入量少所導(dǎo)致的稀土元素分布不均勻的難題。稀土元素以稀土-粘結(jié)相的合金形式進(jìn)行添加，引入了 Ni、 Fe、Cr、V、Cu、Al以及多種稀土元素，稀土添加劑組成相對(duì)多元化，產(chǎn)生多組元的復(fù)合效應(yīng)， 且分布彌散均勻有利于燒結(jié)過(guò)程中物理化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，從而有效克服了傳統(tǒng)稀土添加劑制備中稀土元素添加單一，分布不均勻，氧含量高的難題。本發(fā)明基本不改變傳統(tǒng)Ti (C，N)基金屬陶瓷的制備工藝流程，生產(chǎn)成本低；合金性能穩(wěn)定提高，容易實(shí)施和工業(yè)化生產(chǎn)。經(jīng)稀土合金粉末改性的Ti (C，N)基金屬陶瓷可應(yīng)用于各類(lèi)切削刀具和耐磨零件，應(yīng)用后不僅能夠提高機(jī)械加工效益和加工工件的表面質(zhì)量，而且能夠提高沖擊模具和耐磨零件的使用壽命。本發(fā)明提供的Ti (C，N)基金屬陶瓷較現(xiàn)有技術(shù)的Ti (C，N)基金屬陶瓷，顯著地提高了斷裂韌性、抗彎強(qiáng)度和硬度，具體力學(xué)性能指標(biāo)見(jiàn)后面的實(shí)施例。


圖1是對(duì)比例1所述制品的SEM背散射照片(5000 X)。圖2是實(shí)施例1所述制品的顯微形貌及組分Ti、W、Mo、Ta、Ni、Co、Ce的元素分布圖，其中圖2-1為SEM背散射照片(5000X)，圖2-2-1至圖2-2-7分別為T(mén)i、W、Mo、Ta、Ni、 Co、Ce的元素分布圖。圖3是實(shí)施例3所述制品的SEM背散射照片(5000 X)
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明不限于以下實(shí)施例。在下面各實(shí)施例中，所涉及到的組分含量百分比和份數(shù)，除特別說(shuō)明外，均為重量百分比和重量份數(shù)。實(shí)施例1 本實(shí)施例的Ti(C，N)基金屬陶瓷原料(粉末)配方稀土合金粉末改性劑 0. 6wt%, Ti (C, N) 53. 4wt%, WC 20wt%, Mo2C 8wt%, TaC 5wt%, Ni 8wt%, Co 5wt%,Jt 中稀土合金粉末改性劑的原料組分為稀土元素Ce 27. 32wt%,粘結(jié)相原料Co56. 28wt%, Nil6.#t%。將上述原料粉末放入滾筒式球磨機(jī)中進(jìn)行濕磨分散，球磨轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分鐘，研磨時(shí)間為72小時(shí)，研磨球體采用直徑為Φ IOmm的WC_8wt % Co硬質(zhì)合金球，球料比為 10 1，濕磨介質(zhì)為無(wú)水乙醇。將研磨后的混合漿料過(guò)篩取出研磨球體，混合漿料經(jīng)沉淀分離后80°C條件下干燥4小時(shí)得混合料。按混合料重量的摻入聚乙二醇作為成型劑，混合均勻后進(jìn)行制粒、干燥，得到流動(dòng)性良好的混合粒料。將混合粒料裝入模具中以220MPa 的壓力壓制成型，再將壓坯放入真空爐中脫出成型劑，真空爐內(nèi)真空度為1 X KT1Pa,在升溫至260°C保溫40min，550°C保溫40min ；然后將合格的粉末壓坯放入低壓燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，使用氬氣作傳壓介質(zhì)，氣氛壓力為2MPa，燒結(jié)溫度為1465°C，保溫時(shí)間為105min，燒結(jié)后通入大流量氬氣快速冷卻。根據(jù)上述成分和工藝條件制備的新型Ti (C，N)基金屬陶瓷組織均勻，其平均晶粒度為0. 3 1. 0 μ m，其微觀形貌如圖2-1所示。測(cè)出上述金屬陶瓷的力學(xué)性能指標(biāo)為抗彎強(qiáng)度2191MPa，維氏硬度1560MPa，斷裂韌性11. OlMPam1氣對(duì)比例1 將同樣成分，未添加稀土合金粉末改性劑的原料粉末按下述質(zhì)量配比混合=Ti (C, N) 54, WC 20, Mo2C :8，TaC :5，Ni :8，，Co :5，再以現(xiàn)有的粉末冶金技術(shù)制備成金屬陶瓷，其微觀形貌如圖1所示，測(cè)出上述金屬陶瓷的性能指標(biāo)為抗彎強(qiáng)度1639MPa，維氏硬度1479MPa，斷裂韌性9. 21MPam1/2。由此可見(jiàn)，經(jīng)一種稀土合金粉末改性的Ti (C，N)基金屬陶瓷的硬度、抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性均得到了顯著的提高，使其具備了優(yōu)良的綜合性能。對(duì)照微觀組織結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1 與圖2-1)可以看出，在相同的制備工藝條件下，本發(fā)明的金屬陶瓷合金相比而言，Ti (C，N) 硬質(zhì)相的晶粒更細(xì)小、分布更均勻。實(shí)施例2:本實(shí)施例的Ti(C，N)基金屬陶瓷原料(粉末)配方稀土合金粉末改性劑 1. Owt %, Ti (C, N) 40wt%, WC 26wt%, Mo2C IOwt %, TaC 8wt%, NbC 6wt%, Ni5wt%, Co
，其中稀土合金粉末改性劑的原料組分為稀土元素Sm 16. 87wt%, Dyl. 2wt%，粘結(jié)相原料Co36. 85wt%，Ni36. 97wt%，Cu 6. 19wt%,Al 1.92wt%。將上述原料粉末放入滾筒式球磨機(jī)中進(jìn)行濕磨分散，球磨轉(zhuǎn)速為20轉(zhuǎn)/分鐘，研磨時(shí)間為82小時(shí)，研磨球體采用直徑為(]5 10111111的1(-8襯％&)硬質(zhì)合金球，球料比為8 1，濕磨介質(zhì)為無(wú)水乙醇。將研磨后的混合漿料過(guò)篩取出研磨球體，混合漿料經(jīng)沉淀分離、于60°C條件下干燥6小時(shí)得混合料。 按混合料重量的1. 摻入石蠟作為成型劑，混合均勻后進(jìn)行制粒、干燥，得到流動(dòng)性良好的混合粒料。將混合粒料裝入模具中以200MPa的壓力壓制成型，再將壓坯放入真空爐中脫出成型劑，真空爐內(nèi)真空度1父10_^1，在升溫至3001保溫901^11，5001時(shí)保溫901^11 ；然后在低壓燒結(jié)爐中燒結(jié)，使用氬氣作傳壓介質(zhì)，氣氛壓力為4MPa，燒結(jié)溫度為1480°C，保溫時(shí)間為90min，燒結(jié)后通入大流量氬氣快速冷卻。測(cè)出上述金屬陶瓷的力學(xué)性能指標(biāo)為抗彎強(qiáng)度1809MPa，維氏硬度1506MP，斷裂韌性8. 73MPam1/2。實(shí)施例3 本實(shí)施例的Ti(C，N)基金屬陶瓷原料(粉末)配方稀土合金粉末改性劑
0.4wt%, Ti (C, N) 63. 6wt%, WC 8wt%, Mo2C 5wt%, TaC 5wt%, Ni9wt%, Co 4wt%, Fe 5wt%，其中稀土合金粉末改性劑的原料組分為稀土元素ft· 16. 95wt%, LalO. 2wt%, Yb
1.05wt%，粘結(jié)相原料Co 51. 87wt%,Nil4. 65wt%,Fe 5. 28wt%0將上述原料粉末放入滾筒式球磨機(jī)中進(jìn)行濕磨分散，球磨轉(zhuǎn)速為26r/min，研磨時(shí)間為80小時(shí)，研磨球體采用直徑為小10111111的1(-8襯％&)硬質(zhì)合金球，球料比為15 1，濕磨介質(zhì)為甲醇。將研磨后的混合漿料過(guò)篩取出研磨球體，混合漿料經(jīng)沉淀分離后80°C條件下干燥4小時(shí)得混合料。按混合料重量的1. 摻入聚乙二醇作為成型劑，混合均勻后進(jìn)行制粒、干燥，得到流動(dòng)性良好的混合粒料。將混合粒料裝入模具中以300MPa的壓力壓制成型，再將壓坯放入真空爐中脫出成型劑，真空爐內(nèi)真空度1父10_^1，在升溫至觀01保溫601^11，5601時(shí)保溫601^11 ；然后將合格的粉末壓坯放入低壓燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，使用氬氣作傳壓介質(zhì)，氣氛壓力為4MPa， 燒結(jié)溫度為1450°C，保溫時(shí)間為120min，燒結(jié)后通入大流量氬氣快速冷卻。根據(jù)上述成分和工藝條件制備的新型Ti (C，N)基金屬陶瓷的微觀組織照片如圖3所示。測(cè)出上述金屬陶瓷的力學(xué)性能指標(biāo)為抗彎強(qiáng)度1987MPa，維氏硬度1654MP，斷裂韌性10. 43 ^ !!1氣實(shí)施例4 本實(shí)施例的Ti(C，N)基金屬陶瓷原料(粉末)配方稀土合金粉末改性劑 0. 2wt%, Ti (C, N) 53. 8wt%, WC 1 Owt%, Mo2C 7wt%,Ni 12wt%,Co 8wt%,Fe 9wt%，其中稀土合金粉末改性劑的原料組分為稀土元素Nd 35. 43wt%, Er 2. 3wt%, Eu2. 3wt%, Gd 4. 6wt%，粘結(jié)相原料Co 26. 64wt%, Ni 2. 19wt%, Fe洸.54wt%。將上述原料粉末放入滾筒式球磨機(jī)中進(jìn)行濕磨分散，球磨轉(zhuǎn)速為25轉(zhuǎn)/分鐘，研磨時(shí)間為75小時(shí)，研磨球體采用直徑為$10111111的1(-8襯％&)硬質(zhì)合金球，球料比為10 1，濕磨介質(zhì)為無(wú)水乙醇。將研磨后的混合漿料過(guò)篩取出研磨球體，混合漿料經(jīng)沉淀分離后80°C條件下干燥5小時(shí)得混合料。按混合料重量的摻入丁納橡膠作為成型劑，混合均勻后進(jìn)行制粒、干燥，得到流動(dòng)性良好的混合粒料。將混合粒料裝入模具中以200MPa的壓力壓制成型，再將壓坯放入真空爐中脫出成型劑，真空爐內(nèi)真空度1 X 10_2Pa，在升溫至350°C保溫40min，600°C時(shí)保溫40min ；然后在低壓燒結(jié)爐中燒結(jié)，使用氬氣作傳壓介質(zhì)，氣氛壓力為4MPa，燒結(jié)溫度為 1465°C，保溫時(shí)間為90min，燒結(jié)后通入大流量氬氣快速冷卻。測(cè)出上述金屬陶瓷的力學(xué)性能指標(biāo)為抗彎強(qiáng)度1809MPa，維氏硬度1506MP，斷裂韌性10. 18MPamV2。實(shí)施例5 本實(shí)施例的Ti (C，N)基金屬陶瓷原料(粉末)配方稀土合金粉末改性劑 0. 4wt %, Ti (C, N) 53. 6wt %, WC 20wt %, Mo2C 7wt %, TaC 5wt %, Cr3C2 0. 6wt %, VC 0. 4wt%, Ni8wt%, Co 5wt%，其中稀土合金粉末改性劑的原料組分為稀土元素 Y 3. 43wt %, Tm 0. 95wt %, Ho 2wt%，粘結(jié)相原料 Co 23. 79wt %, Ni 56. 81wt %, Crll.57wt%, V 1.45Wt%。將上述原料粉末放入滾筒式球磨機(jī)中進(jìn)行濕磨分散，球磨轉(zhuǎn)速為40轉(zhuǎn)/分鐘，研磨時(shí)間為60小時(shí)，研磨球體采用直徑為Φ IOmm的WC_8wt% Co硬質(zhì)合金球，球料比為10 1，濕磨介質(zhì)為無(wú)水乙醇。將研磨后的混合漿料過(guò)篩取出研磨球體， 混合漿料經(jīng)沉淀分離后80°C條件下干燥5小時(shí)得混合料。按混合料重量的摻入SD 膠作為成型劑，混合均勻后進(jìn)行制粒、干燥，得到流動(dòng)性良好的混合粒料。將混合粒料裝入模具中以280MPa的壓力壓制成型，再將壓坯放入真空爐中脫出成型劑，真空爐內(nèi)真空度 1父10-中￡1，在升溫至沈01保溫601^11，5501保溫601^11 ；然后在低壓燒結(jié)爐中燒結(jié)，使用氬氣作傳壓介質(zhì)，氣氛壓力為4MPa，燒結(jié)溫度為1435°C，保溫時(shí)間為105min，燒結(jié)后通入大流量氬氣快速冷卻。測(cè)出上述金屬陶瓷的力學(xué)性能指標(biāo)為抗彎強(qiáng)度1925MPa，維氏硬度 1618，斷裂韌性 10. 45MPam1/2。實(shí)施例6 本實(shí)施例的Ti(C，N)基金屬陶瓷原料(粉末)配方稀土合金粉末改性劑 2. 4wt%, Ti (C, N) 51. 6wt%, WC 20wt%, Mo2C 8wt%, TaC 5wt%, Ni6wt%, Co 5wt%,, Fe 2wt%。其中稀土合金粉末改性劑的原料組分為稀土元素Nd 13. 15wt%, PmO. 35wt%, Tb 0. 3wt%,Lu 0. 2wt%，粘結(jié)相原料Co 50. 79wt%,Nil6. 65wt%,Fe 18. 56wt%。將上述原料粉末放入滾筒式球磨機(jī)中進(jìn)行濕磨分散，球磨轉(zhuǎn)速為四轉(zhuǎn)/分鐘，研磨時(shí)間為70小時(shí)，研磨球體采用直徑為Φ IOmm的WC-8wt% Co硬質(zhì)合金球，球料比為10 1，濕磨介質(zhì)為無(wú)水乙醇。將研磨后的混合漿料過(guò)篩取出研磨球體，混合漿料經(jīng)沉淀分離后70°C條件下干燥4. 5 小時(shí)得混合料。按混合料重量的1.8wt%摻入聚乙二醇作為成型劑，混合均勻后進(jìn)行制粒、 干燥，得到流動(dòng)性良好的混合粒料。將混合粒料裝入模具中以MOMPa的壓力壓制成型，再將壓坯放入真空爐中脫出成型劑，真空爐內(nèi)真空度1 X 10_3Pa，在升溫至270°C保溫lOOmin， 570°C保溫IOOmin ；然后在低壓燒結(jié)爐中燒結(jié)，使用氬氣作傳壓介質(zhì)，氣氛壓力為4MPa，燒結(jié)溫度為1500°C，保溫時(shí)間為90min，燒結(jié)后通入大流量氬氣快速冷卻。測(cè)出上述金屬陶瓷的力學(xué)性能指標(biāo)為抗彎強(qiáng)度1763MPa，維氏硬度1533，斷裂韌性10. 77 ^ !!1氣
權(quán)利要求
1.一種稀土合金粉末改性的Ti (C，N)基金屬陶瓷，包括以Co、Ni或選自Co、Ni和!^e 中的至少兩種組分作為粘結(jié)相，以Ti (C，N)為基本硬質(zhì)相，至少一種任選的金屬碳化物，其特征在于添加有稀土合金粉末改性劑，Ti (C，N)基金屬陶瓷材料的組成組分以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為粘結(jié)相8% 30%基本硬質(zhì)相39% 65%金屬碳化物15% 50%稀土合金粉末改性劑0.1% 3%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土合金粉末改性的Ti(C，N)基金屬陶瓷，其特征在于所述稀土合金粉末改性劑是一種稀土 -粘結(jié)相合金，其中粘結(jié)相由金屬元素Co和M組成，所述 M 為 Ni、Fe、Cr、V、Cu 和 Al 中的至少一種，所述稀土為 Ce、La、Sm、Pr、Nd、Y、Er、Eu、Gd、Tb、 Dy、Ho、Tm、Yb、Lu和Pm中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土合金粉末改性的Ti(C，N)基金屬陶瓷，其特征在于所述金屬碳化物選自WC、Mo2C、TaC、NbC、Cr3C2和VC。
4.權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的稀土合金粉末改性的Ti(C，N)基金屬陶瓷制備方法，包括如下工藝步驟(1)按Ti(C，N)基金屬陶瓷的組成組分配料，將配制好的原料混合粉末置入球磨機(jī)，加入研磨介質(zhì)進(jìn)行濕磨分散，充分濕磨分散后，取出研磨球體，將得以充分濕磨分散的混合漿料進(jìn)行沉淀、干燥；(2)按混合料重量的1 2wt%摻入成型劑，充分混合均勻后進(jìn)行造粒、干燥，得到流動(dòng)性良好的混合粒料；(3)將上述干燥后的混合粒料裝入模具中進(jìn)行機(jī)械模壓成型，壓制成型坯料置入真空爐中，于250 350°C和450 600°C下各保溫40 120min脫出成型劑，真空爐內(nèi)的真空度為 1 X KT1Pa 1 X KT3Pa ；(4)將脫出成型劑的成型坯料置于低壓燒結(jié)爐中，在1430 1500°C下燒結(jié)90 120min，燒結(jié)完成后通入惰性氣氛冷卻到室溫出爐，即制得Ti (C，N)基金屬陶瓷。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的稀土合金粉末改性的Ti(C，N)基金屬陶瓷制備方法，其特征在于所述研磨介質(zhì)為無(wú)水乙醇或甲醇。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的稀土合金粉末改性的Ti(C，N)基金屬陶瓷制備方法，其特征在于所述成型劑為聚乙二醇、石蠟、丁納橡膠和SD膠中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的稀土合金粉末改性的Ti(C，N)基金屬陶瓷制備方法，其特征在于所述濕磨分散于滾筒式球磨機(jī)中進(jìn)行，研磨球體為WC-8wt% Co硬質(zhì)合金球，球料比為 (15 8) 1。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的稀土合金粉末改性的Ti(C，N)基金屬陶瓷制備方法，其特征在于滾筒式球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為20 40轉(zhuǎn)/分鐘，濕磨分散的時(shí)間為60 90小時(shí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的稀土合金粉末改性的Ti(C，N)基金屬陶瓷制備方法，其特征在于經(jīng)沉淀得到的混合料采用真空干燥，干燥溫度為60 80°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求4至9之一所述的稀土合金粉末改性的Ti(C，N)基金屬陶瓷制備方法，其特征在于所述低壓燒結(jié)的氣壓為1 6MPa，惰性氣氛為氬氣或氮?dú)狻?br> 全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種稀土合金粉末改性的Ti(C，N)基金屬陶瓷及其制備方法，該金屬陶瓷包括以Co、Ni或選自Co、Ni和Fe中的至少兩種組分作為粘結(jié)相，以Ti(C，N)為基本硬質(zhì)相，至少一種任選的金屬碳化物，金屬陶瓷總重量0.1～3wt％的稀土合金粉末改性劑。上述原料通過(guò)濕磨混料工藝、模壓成形工藝、真空脫脂工序和低壓燒結(jié)后制備成稀土合金粉末改性的Ti(C，N)基金屬陶瓷。本發(fā)明制備的Ti(C，N)基金屬陶瓷在保持高硬度、高耐磨性的前提下，能較大幅度地提高其強(qiáng)度和韌性，具備優(yōu)良的綜合性能，可廣泛適用于各類(lèi)切削刀具和耐磨零件。
文檔編號(hào)C22C29/04GK102534335SQ20121001388
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者劉穎, 葉金文, 朱剛 申請(qǐng)人:四川大學(xué)