本發(fā)明屬于ti基金屬陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用ni-cu連續(xù)固溶體作粘結(jié)相的ti基金屬陶瓷材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

金屬切屑是零件成型的主要加工手段之一，在制造業(yè)中占有十分重要的地位。ti基金屬陶瓷是一類以tic、tin和ti(c,n)的單一或者混合粉為硬質(zhì)相，以co、ni和mo等金屬為粘結(jié)相構(gòu)成，具有較高的紅硬性、耐磨性以及較好的抗氧化能力，是用來(lái)制作高速高效切屑刀具的理想候選材料，但是其強(qiáng)韌性不足，制約了tic、tin和ti(c,n)基金屬陶瓷材料的推廣應(yīng)用。tic、tin和ti(c,n)基金屬陶瓷常用ni作為粘結(jié)金屬，由于粘結(jié)相ni強(qiáng)度和硬度較差，tic、tin和ti(c,n)基金屬陶瓷通常的抗彎強(qiáng)度在1000～2000mpa之間，而常用的wc-co類硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度在1800～3500mpa之間，但是由于w和co資源短缺，開(kāi)發(fā)無(wú)鎢金屬陶瓷顯得十分迫切。

tic、tin和ti(c,n)基金屬陶瓷主要原料資源豐富，成本低，但是其強(qiáng)韌性與wc-co類硬質(zhì)合金強(qiáng)韌性還存在較大的差距，目前只是在切屑刀具領(lǐng)域作為wc-co類硬質(zhì)合金的替代材料，在wc-co類硬質(zhì)合金其它的領(lǐng)域如鉆探領(lǐng)域還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)良好的運(yùn)用，因而如何提高tic、tin和ti(c,n)基金屬陶瓷的強(qiáng)韌性，是一個(gè)研究的熱點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)tic、tin和ti(c,n)基金屬陶瓷材料強(qiáng)韌性不足的缺陷，提供了一種采用ni-cu連續(xù)固溶體作粘結(jié)相的ti基金屬陶瓷材料，以達(dá)到有效提高tic、tin和ti(c,n)基金屬陶瓷材料的致密度、強(qiáng)韌性和耐磨性等性能并能降低成本的目的。

本發(fā)明提供的這種采用ni-cu連續(xù)固溶體作粘結(jié)相的ti基金屬陶瓷材料，其組分重量百分比為：添加相：0％～45％，粘結(jié)相：10％～50％，余量為硬質(zhì)相，各組分重量百分比之和為100％；所述添加相為wc、(ti,w)c、mo、mo2c、tac、nbc、cr、cr3c2、vc中的一種或多種；所述硬質(zhì)相為tic、tin和ti(c,n)中的一種或多種；所述粘結(jié)相為cu-ni連續(xù)固溶體加co，且cu含量÷(ni+co)含量≤1，co含量≤ni含量。

為進(jìn)一步提高金屬陶瓷材料的強(qiáng)韌性，所述采用ni-cu連續(xù)固溶體作粘結(jié)相的ti基金屬陶瓷材料，其組分重量百分比優(yōu)選為：

添加相：15％～40％；

粘結(jié)相：12％～30％；

余量為硬質(zhì)相wc，各組分重量百分比之和為100％。

為了使金屬陶瓷具有更好的強(qiáng)度和韌性，所述金屬陶瓷材料的粘結(jié)相中cu、ni、co三者的比例優(yōu)選為cu:(ni+co)＝1:2～1:20。所述ti基金屬陶瓷材料的優(yōu)選成分組成為：35％tic，35％(ti/w)c，15％ni，10％cu，5％co。

本發(fā)明提供的采用ni-cu連續(xù)固溶體作粘結(jié)相的ti基金屬陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將原料按照配比進(jìn)行稱料后，放入球磨機(jī)進(jìn)行濕磨；

(2)球磨后的漿料，通過(guò)噴霧干燥法，進(jìn)行干燥，然后對(duì)干燥后物料進(jìn)行壓制和燒結(jié)，得到金屬陶瓷材料。

所述步驟(1)球磨工藝參數(shù)是：步驟(1)中球磨工藝參數(shù)是：球磨機(jī)中球料比為4:1～8:1；球磨速度為33～40r/min；球磨介質(zhì)為酒精，酒精和原料的重量比為1:1.5～1:3；球磨時(shí)間為20～40h；成型劑為石蠟，石蠟與原料的重量比為1:25～1:35。

所述步驟(2)模壓壓力為100～200mpa，燒結(jié)的爐壓為4～8mpa，燒結(jié)溫度為1350～1450℃，保溫時(shí)間0.5～3h。

單質(zhì)cu作為tic、tin和ti(c,n)基金屬陶瓷材料的粘結(jié)相，金屬陶瓷具有較高的強(qiáng)度，但單質(zhì)cu存在對(duì)硬質(zhì)相的潤(rùn)濕性差，因而金屬陶瓷材料中cu含量不能太高；ni的強(qiáng)度較弱，但其耐腐蝕性能優(yōu)越，其余整體性能比co差很多，在cu-ni固溶體粘結(jié)相中加入co，可以進(jìn)一步提高金屬陶瓷材料的強(qiáng)韌性和硬度。本發(fā)明采用ni-cu連續(xù)固溶體加co作為粘結(jié)相，保證ni-cu連續(xù)固溶體對(duì)硬質(zhì)相的潤(rùn)濕角基本與ni對(duì)硬質(zhì)相的潤(rùn)濕角相近，此外，本發(fā)明金屬陶瓷中還可加入wc、(ti,w)c、mo、mo2c、tac、nbc、cr、cr3c2、vc等調(diào)節(jié)材料的潤(rùn)濕角、晶粒度、強(qiáng)韌性、硬度等指標(biāo)，進(jìn)一步提升金屬陶瓷的性能。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明的金屬陶瓷材料采用cu-ni連續(xù)固溶體加co作粘結(jié)相，可以提高cu在金屬陶瓷中的含量，從而提高金屬陶瓷材料的強(qiáng)韌性，而且cu-ni原料價(jià)格低廉，密度輕，可以降低金屬陶瓷材料的生產(chǎn)成本。

(2)本發(fā)明的金屬陶瓷材料可采用常規(guī)硬質(zhì)合金生產(chǎn)工藝生產(chǎn)，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，能在更大范圍內(nèi)代替wc-co類硬質(zhì)合金，是一種非常有前途的新材料。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的ni-cu連續(xù)固溶體作粘結(jié)相的金屬陶瓷材料的金相照片。

圖2是本發(fā)明的ni-cu連續(xù)固溶體作粘結(jié)相的金屬陶瓷材料的掃描照片。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

實(shí)施例1

按質(zhì)量百分比50tic-25ni-24cu-1co稱料后，在球磨機(jī)進(jìn)行濕磨，球料重量比為5:1，球磨轉(zhuǎn)速為33r/min，球磨介質(zhì)為酒精，酒精和原料的重量比為1:2，成型劑為石蠟，石蠟與原料的重量比為1:25，球磨時(shí)間為30h；球磨后過(guò)濾，接著通過(guò)噴霧干燥，得合金粉末混合物。然后將合金粉末混合物壓制，模壓壓力為150mpa，最后進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1380℃，燒結(jié)的爐壓為4mpa，保溫時(shí)間1.5h，其性能測(cè)試結(jié)果如下表所示：

實(shí)施例2

按質(zhì)量百分比50tic-19ni-19cu-10co-2mo2c稱料后，在球磨機(jī)進(jìn)行濕磨，球料重量比為4:1，球磨轉(zhuǎn)速為37r/min，球磨介質(zhì)為酒精，酒精和原料的重量比為1:1.5，成型劑為石蠟，石蠟與原料的重量比為1:30，球磨時(shí)間為20h；球磨后過(guò)濾，接著通過(guò)噴霧干燥，得合金粉末混合物。然后將合金粉末混合物壓制，模壓壓力為100mpa，最后進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1400℃，燒結(jié)的爐壓為5mpa，保溫時(shí)間0.5h，其性能測(cè)試結(jié)果如下表所示：

實(shí)施例3

按質(zhì)量百分比35tic-35(ti/w)c-15ni-10cu-5co稱料后，在球磨機(jī)進(jìn)行濕磨，球料重量比為8:1，球磨轉(zhuǎn)速為40r/min，球磨介質(zhì)為酒精，酒精和原料的重量比為1:3，成型劑為石蠟，石蠟與原料的重量比為1:35，球磨時(shí)間為40h；球磨后過(guò)濾，接著通過(guò)噴霧干燥，得合金粉末混合物。然后將合金粉末混合物壓制，模壓壓力為200mpa，最后進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1450℃，燒結(jié)的爐壓為8mpa，保溫時(shí)間3h，其性能測(cè)試結(jié)果如下表所示：

實(shí)施例4

按質(zhì)量百分比38(tic-tin)-38(ti/w)c-12ni-5cu-6.5co-0.5mo2c稱料后，在球磨機(jī)進(jìn)行濕磨，球料重量比為7:1，球磨轉(zhuǎn)速為36r/min，球磨介質(zhì)為酒精，酒精和原料的重量比為1:2.5，成型劑為石蠟，石蠟與原料的重量比為1:29，球磨時(shí)間為33h；球磨后過(guò)濾，接著通過(guò)噴霧干燥，得合金粉末混合物。然后將合金粉末混合物壓制，模壓壓力為145mpa，最后進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1350℃，燒結(jié)的爐壓為6mpa，保溫時(shí)間2h，其性能測(cè)試結(jié)果如下表所示：

實(shí)施例5

按質(zhì)量百分比40ti(c，n)-40(ti/w)c-10ni-5cu-5co稱料后，在球磨機(jī)進(jìn)行濕磨，球料重量比為8:1，球磨轉(zhuǎn)速為36r/min，球磨介質(zhì)為酒精，酒精和原料的重量比為1:2.5，成型劑為石蠟，石蠟與原料的重量比為1:29，球磨時(shí)間為40h；球磨后過(guò)濾，接著通過(guò)噴霧干燥，得合金粉末混合物。然后將合金粉末混合物壓制，模壓壓力為200mpa，最后進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1420℃，燒結(jié)的爐壓為6mpa，保溫時(shí)間2h，其性能測(cè)試結(jié)果如下表所示：

對(duì)比例

按質(zhì)量百分比40ti(c，n)-40(ti/w)c-19ni-1mo2c稱料后，在球磨機(jī)進(jìn)行濕磨，球料重量比為8:1，球磨轉(zhuǎn)速為36r/min，球磨介質(zhì)為酒精，酒精和原料的重量比為1:2.5，成型劑為石蠟，石蠟與原料的重量比為1:29，球磨時(shí)間為40h；球磨后過(guò)濾，接著通過(guò)噴霧干燥，得合金粉末混合物。然后將合金粉末混合物壓制，模壓壓力為200mpa，最后進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1420℃，燒結(jié)的爐壓為6mpa，保溫時(shí)間2h，其性能測(cè)試結(jié)果如下表所示：

根據(jù)對(duì)比例與實(shí)施例中金屬陶瓷的硬度和抗彎強(qiáng)度進(jìn)行比較，可以看出實(shí)施例中金屬陶瓷的硬度和抗彎強(qiáng)度均優(yōu)于對(duì)比例。