CN101787477B - 一种以水代替有机溶剂混料制备碳氮化钛基金属陶瓷的方法 - Google Patents
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Abstract
一种以水代替有机溶剂混料制备碳氮化钛基金属陶瓷的方法，本发明以蒸馏水替代无水乙醇有机溶剂作为混料介质制备碳氮化钛基金属陶瓷，达到降低制造成本和绿色制备的目的。以蒸馏水作为混料介质制备Ti(C，N)基的金属陶瓷，其抗弯强度和硬度不低于以无水乙醇有机溶剂作为混料介质制备碳氮化钛基金属陶瓷，二者在晶粒大小和硬质相分布处于同一水平。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳氮化钛基金属陶瓷的制备方法，具体涉及一种采用水为混料介质来制备碳氮化钛基金属陶瓷的方法。
背景技术
Ti(C，N)基金属陶瓷作为替代WC-Co硬质合金的切削刀具材料，一直因其高温稳定性、高耐磨性、较高的切削速度和较好的加工表面质量而被广泛使用。在Ti(C，N)基金属陶瓷的制备过程中，多种原料粉末的混合是必不可缺少的工序，一般通过各种球磨方式来实现，球磨过程不仅可以把配制的各合金组分混合均匀，还可使各组分粉末颗粒进一步破碎、细化。
已公开的文献和专利中，硬质合金和金属陶瓷的球磨均采用无水乙醇或丙酮等有机溶剂为混料介质。研究工作表明，单一的水不能作为硬质合金的混料介质，其原因是碳化钨WC和钴Co粉末同时存在于水中的水解造成粉末的团聚加剧，十分不利于混料粉末的分散，恶化混料效果。
相对于两组分的WC-Co硬质合金，Ti(C，N)基金属陶瓷的组分众多，一般包含硬质粉末碳化钛TiC、氮化钛TiN/碳氮化钛Ti(C，N)、碳化钼Mo2C、碳化钨WC，韧性粘结金属镍Ni/钴Co。在Ti(C，N)基金属陶瓷分散方面，目前仅开展了单一粉末的碳化物、氮化物和韧性粘结金属在水和有机溶剂中的单分散性研究工作，以了解单一粉末的水解和表面电化学行为。但Ti(C，N)基金属陶瓷多组分粉末同时存在于水中的集体分散或团聚行为，至今没有报道。由于缺少以上工作，迄今，还未将水作为混料介质应用到Ti(C，N)基金属的制备过程中。
发明内容
本发明的目的是要提供一种以水代替有机溶剂混料制备碳氮化钛基金属陶瓷的方法。
本发明的目的是这样实现的：一种以水代替有机溶剂混料制备碳氮化钛基金属陶瓷的方法，所用的原料以重量份计为：TiC 38.7～58.37；TiN 5～25；Mo 0～11.2；WC 0～12；Ni23.6～24.6；C 0.4～1.5，按上述比例称取各原料并置入球磨罐中，再加入硬质合金球和蒸馏水进行球磨，球磨所得料浆经干燥、压制成型、烧结得到碳氮化钛基金属陶瓷。硬质合金球的加入量与所加入的原料的质量比为(8～4)∶1。
蒸馏水的加入量是刚淹没过硬质合金球和原料。
压制成型压力为100～400MPa。
所述的烧结是将压制成型的压坯在1430℃下保温60-120分钟。
本发明提供的以水为混料介质制备Ti(C，N)基金属陶瓷的方法，由于采用水代替有机溶剂作为硬质合金和金属陶瓷的球磨的混料介质，节约制备有机溶剂的资源和能源，实现绿色制造，降低制造成本，不低于相同成份下采用无水乙醇为混料介质时得到Ti(C，N)基金属陶瓷的性能和组织。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是以水为混料介质，混料成份以重量份计为TiC∶TiN∶Mo∶Ni∶C＝57.5∶10∶11.2∶23.9∶1.2的Ti(C，N)基金属陶瓷显微组织的扫描电子显微镜背散射电子成像图片。
图2是以无水乙醇为混料介质，混料成份以重量份计为TiC∶TiN∶Mo∶Ni∶C＝57.5∶10∶11.2∶23.9∶1.2的Ti(C，N)基金属陶瓷显微组织的扫描电子显微镜背散射电子成像图片。
图3以水为混料介质，混料成份以重量份计为TiC∶TiN∶WC∶Ni∶C＝53.5∶10∶12∶24∶0.5的Ti(C，N)基金属陶瓷显微组织的扫描电子显微镜背散射电子成像图片。
图4以无水乙醇为混料介质，混料成份以重量份计为TiC∶TiN∶WC∶Ni∶C＝53.5∶10∶12∶24∶0.5的Ti(C，N)基金属陶瓷显微组织的扫描电子显微镜背散射电子成像图片。
具体实施方式
本发明中所用的原料以重量份计为：TiC 38.7～58.37；TiN 5～25；Mo 0～11.2；WC 0～12；Ni 23.6～24.6；C 0.4～1.5，工艺过程是按上述比例称取各原料并置入球磨罐中，再加入硬质合金球和蒸馏水进行球磨，球磨所得料浆经干燥、压制成型、烧结得到碳氮化钛基金属陶瓷。
下面的两个实施例是从上述原料配比中选择的两个技术方案：
实施例1：
本例制备两种成份相同的Ti(C，N)基金属陶瓷，其中，一种以蒸馏水为混料介质，另一种以无水乙醇为混料介质。混料的各组分含量及粒径如表1。
表1金属陶瓷混料成份
制备过程如下：
1.球磨：按照表1成份比例分别称取TiC、TiN粉末及其它组分粉末置入二个球磨罐，加入硬质合金球，球料质量比为5∶1。在二个球磨罐中分别加入蒸馏水及无水乙醇，加入量为刚淹没过粉和球的混合物。以200转/分的速度球磨36小时。
2.压制：将球磨好的粉末经干燥、研磨后模压成型，以蒸馏水为混料介质的粉末压制力为100MPa，以无水乙醇为混料介质的粉末压制力为200MPa。
3.烧结：将压制好的压坯进行真空烧结，以蒸馏水为混料介质的压坯在1430℃下保温90分钟，以无水乙醇为混料介质的压坯在1430℃下保温60分钟。
以蒸馏水和无水乙醇为混料介质制备得到的Ti(C，N)基金属陶瓷的力学性能如表2所示，抗弯强度测定遵循ISO3327-1982。硬度测定遵循ISO3738-1982。
表2金属陶瓷力学性能
从表2可知，本案例采用蒸馏水混料制备的Ti(C，N)基金属陶瓷的抗弯强度和硬度(HRA)不低于无水乙醇混料制备的Ti(C，N)基金属陶瓷的抗弯强度和硬度(HRA)。
图1和图2分别是以水和无水乙醇为混料介质制备的金属陶瓷的显微组织电子扫描显微镜背散射电子成像图片。
由图1和图2可知，用蒸馏水为混料介质制备的Ti(C，N)基金属陶瓷无论从晶粒大小还是分布均匀性来看，均不低于以无水乙醇混料制备的Ti(C，N)基金属陶瓷的水平。
实例2：
本例制备两种成份相同的Ti(C，N)基金属陶瓷，其中，一种以蒸馏水为混料介质，另一种以无水乙醇为混料介质。金属陶瓷各组分含量及粒径如表3。
1.球磨：按照表3成份比例分别称取TiC、TiN粉末及其它组分粉末置入二个球磨罐，加入硬质合金球，球料质量比为5∶1。在二个球磨罐中分别加入蒸馏水及无水乙醇，加入量为刚淹没过粉和球的混合物。以200转/分的速度球磨36小时。
表3金属陶瓷成份
2.压制：将球磨好的粉末经干燥、研磨后模压成型，以蒸馏水为混料介质的粉末压制力为100MPa，以无水乙醇为混料介质的粉末压制力为200MPa。
3.烧结：将压坯进行真空烧结，以蒸馏水为混料介质的压坯在1430℃下保温90分钟，以无水乙醇为混料介质的压坯在1430℃下保温60分钟。
表4是两种混料介质制备所得的Ti(C，N)基金属陶瓷的力学性能。抗弯强度测定遵循ISO3327-1982。硬度测定遵循ISO3738-1982。
表4金属陶瓷力学性能
由表4可知，本案例采用蒸馏水混料制备的Ti(C，N)基金属陶瓷的抗弯强度和硬度(HRA)不低于无水乙醇混料制备的Ti(C，N)基金属陶瓷的抗弯强度和硬度(HRA)。
图3和图4分别是以水和无水乙醇为混料介质制备的金属陶瓷的显微组织电子扫描显微镜背散射电子成像图片。
由图3和图4可知，用蒸馏水为混料介质制备的Ti(C，N)基金属陶瓷无论从晶粒大小还是分布均匀性来看，均不低于以无水乙醇混料制备的Ti(C，N)基金属陶瓷的水平。
Claims (5)
1.一种以水代替有机溶剂混料制备碳氮化钛基金属陶瓷的方法，其特征在于：所用的原料以重量份计为：TiC 38.7～58.37；TiN 5～25；Mo 0～11.2；WC 0～12；Ni 23.6～24.6；C 0.4～1.5，按上述比例称取各原料并置入球磨罐中，再加入硬质合金球和蒸馏水进行球磨，球磨所得料浆经干燥、压制成型、烧结得到碳氮化钛基金属陶瓷。
2.根据权利要求1所述的一种以水代替有机溶剂混料制备碳氮化钛基金属陶瓷的方法，其特征在于：硬质合金球加入量与所加入的原料的质量比为8～4∶1。
3.根据权利要求1所述的一种以水代替有机溶剂混料制备碳氮化钛基金属陶瓷的方法，其特征在于：蒸馏水的加入量是刚淹没过硬质合金球和原料。
4.根据权利要求1所述的一种以水代替有机溶剂混料制备碳氮化钛基金属陶瓷的方法，其特征在于：压制成型时的压力为100～400MPa。
5.根据权利要求1所述的一种以水代替有机溶剂混料制备碳氮化钛基金属陶瓷的方法，其特征在于：所述的烧结是将压制成型的压坯在1430℃下保温60-120分钟。
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