CN102534336A - 一种金属陶瓷及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属陶瓷及其制备方法。本发明的金属陶瓷的各组分重量百分比为:Ti:30~50,W:3~30,Ta:1~15,Mo:1~25,Cr:0~5,V:0~5,Nb:0~10,Zr:0~5,Ni:0~24,Co:0~24,Fe:0~10,余量为C和N。本发明制备方法以(Ti,W,Ta,Mo,Me)(C,N)多元复式碳氮化物为原料,加入粘结金属后经过湿磨、干燥、掺入成型剂并压制成型后,脱除成型剂并烧结制备金属陶瓷,其中Me代表Cr、V、Nb、Zr、Mn元素中的一种或几种。与现有技术相比,本发明所制得的金属陶瓷氧含量低、性能优良、应用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷材料领域,具体涉及一种金属陶瓷及其制备方法。
背景技术
金属陶瓷由两部分组成,硬质相和粘结剂。硬质相用来提高耐磨性和硬度,粘结剂使硬质相紧密结合,起桥梁的作用。所以硬质相和粘结剂的结合是合金性能的关键因素之一。
粘结剂对硬质相的浸润性好,两者就结合得牢。金属陶瓷的发展过程中,经历了一次飞跃,即引入Mo或Mo2C能改善粘结剂Ni与硬质相TiC或TiCN的润湿性。但改进还不够,除了引入Mo元素,引入其他金属元素能进一步改善它们的润湿性,提高合金强度。烧结过程中,氧的存在降低了液相与硬质相间的浸润性,对致密化起负面作用,应尽量降低合金中的氧。
N元素的引入,是因为发现它能提高合金的韧性。但同时它提出一个要求,就是在烧结时N尽量少的离解,否则会在合金中造成微孔。使N固溶在原料里能抑制它的分解,所以最初加入TiN来引入N元素,现在都以加TiCN固溶体来引入N元素。
与硬质合金相比,金属陶瓷的不足在于强度和韧性低,研究人员都致力于克服这两个致命因素,提高合金的性能。抛开成分的影响,仅从原料种类的角度出发,就做了大量探索,而且确实取得了进步。
随着科学技术进步,金属陶瓷的制备已有以下几种方法
一、TiN+TiC+Mo2C+其他金属的碳化物+粘结剂,
以TiN加多种碳化物为原料制备金属陶瓷,由于TiN与粘结剂的润湿不理想以及N的分解,现采用较少;
二、TiCN+其他金属的碳化物+粘结剂,
该方法能制备性能较好的金属陶瓷,但性能有待提高;它是以TiCN固溶体加多种碳化物为原料制备金属陶瓷,与第一种方法相比,TiCN固溶体与粘结剂润湿性好,且N分解少,合金质量提高。
三、(Ti,Me)CN+TiC+TaC+WC等金属的碳化物和/或它们的固溶体+粘结剂,Me为一种或几种金属。
该方法能制备性能高的金属陶瓷;它涵盖了两种方法,即①多元复式碳氮化物和几种碳化物粉末为原料制备金属陶瓷;②多元复式碳氮化物和多种金属的碳化物固溶体为原料制备金属陶瓷,在改善润湿性和降低N分解上有进一步的优化,质量进一步提高。
四、TiCN+(Ti,Ta,W)C+粘结剂
能制备高强度高硬度且合金氧低的金属陶瓷;不同之处是,它采用两种固溶体硬质相,TiCN固溶体和多种金属的碳化物固溶体为原料制备金属陶瓷。
以上方法一到方法四,虽然所得金属陶瓷的性能不断提升,但仍然存在氧含量较高的问题。
五、(Ti,W,Nb)(C,N)+粘结剂或(Ti,Mo,Nb)(C,N)+粘结剂,
多种金属元素的引入进一步改善了固溶体与粘结剂的润湿性,单一的硬质相保证了合金成分的均匀和性能的稳定,降低了氧含量,质量再次提高。但金属元素种类少,在切削加工领域使用性能受限。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷,提供一种性能优良,应用范围广的金属陶瓷。
本发明的另一目的在于提供一种性能优良,应用范围广的金属陶瓷的制备方法。
本发明的技术方案如下:
一种金属陶瓷,各组分重量百分比为:Ti:30~50,W:3~30,Ta:1~15,Mo:1~25,Cr:0~5,V:0~5,Nb:0~10,Zr:0~5,Ni:0~24,Co:0~24,Fe:0~10,余量为C和N。
一种所述金属陶瓷的制备方法,包括如下步骤:
(1)在一种符合权利要求1所述金属陶瓷各组成成分重量百分比的(Ti,W,Ta,Mo,Me)(C,N)多元复式碳氮化物加入粘结金属,所述Me为Cr、Nb、V、Zr元素中的一种或几种;
(2)将上述混合料经湿磨、干燥、渗入成型剂并压制成型,得压制成型料;
(3)将上述压制成型料脱除成型剂并烧结制备成成品。
所述步骤(1)中的粘结金属为单质Co,Ni,Mo,Fe中的一种或几种。
所述步骤(2)中的湿磨的时间为60~90小时。
所述步骤(2)中的干燥为真空干燥,干燥温度为100~150℃。
所述步骤(2)中的成型剂为石蜡,添加量为3~5%。
所述步骤(2)中的压制的压力为每平方厘米1~2.2吨。
所述步骤(3)中脱除成型剂的温度为300~500℃。
所述步骤(3)中的烧结温度为1430~1480℃。
本发明的有益效果是:本发明的金属陶瓷的各组分重量百分比为:Ti:30~50,W:3~30,Ta:1~15,Mo:1~25,Cr:0~5,V:0~5,Nb:0~10,Zr:0~5,Ni:0~24,Co:0~24,Fe:0~10,余量为C和N。本发明制备方法以(Ti,W,Ta,Mo,Me)(C,N)多元复式碳氮化物为原料,加入粘结金属后经过湿磨、干燥、掺入成型剂并压制成型后,脱除成型剂并烧结制备金属陶瓷,其中Me代表Cr、V、Nb、Zr、Mn元素中的一种或几种。与现有技术相比,本发明所制得的金属陶瓷氧含量低、性能优良、应用范围广。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
实施例1
所述金属陶瓷各组分重量百分比:43%Ti+4.0%W+6%Ta+20%Mo+5%Co+9%Ni+10.5%C+2.5%N,
(1)在附合上述重量百分比的(Ti,W,Ta,Mo)(C,N)多元复式碳氮化物粉末和粘结金属Co、Ni粉末制成混合料;
(2)将上述混合料经湿磨60~90小时、真空100~150℃干燥、渗入混合料重量3~5%的石蜡并以每平方厘米1~2.2吨的压力压制成型,得压制成型料;
(3)将上述压制成型料经300~500℃脱蜡并1430~1480℃烧结制备成成品。
比较了现有方法与实施例1所制备的合金的性能差异。见表1。
表1现有方法与实施例1的制备方法及合金性能
上表中X=0.2~0.8。
实施例2
所述金属陶瓷各组分重量百分比:34%Ti+17.0%W+6%Ta+14%Mo+1%Cr+5%Co+11%Ni+9.5%C+2.5%N。
(1)在附合上述重量百分比的(Ti,W,Ta,Mo,Cr)(C,N)多元复式碳氮化物和粘结金属Co、Ni制成混合料;
(2)将上述混合料经湿磨60~90小时、真空100~150℃干燥、渗入混合料重量3~5%的石蜡并以每平方厘米1~2.2吨的压力压制成型,得压制成型料;
(3)将上述压制成型料经300~500℃脱蜡并1430~1480℃烧结制备成成品。
比较了现有方法与实施例2所制备的合金的性能差异。见表2。
表2现有方法与实施例2的制备方法及合金性能
上表中X=0.2~0.8。
实施例3
所述金属陶瓷各组分重量百分比:44%Ti+4.0%W+2%Ta+2%Nb+12%Mo+1%V+2%Zr+8%Co+8%Ni+12.5%C+4.5%N。
(1)在附合上述重量百分比的(Ti,W,Ta,Mo,Nb,V,Zr)(C,N)多元复式碳氮化物和粘结金属Co、Ni制成混合料;
(2)将上述混合料经湿磨60~90小时、真空100~150℃干燥、渗入混合料重量3~5%的石蜡并以每平方厘米1~2.2吨的压力压制成型,得压制成型料;
(3)将上述压制成型料经300~500℃脱蜡并1430~1480℃烧结制备成成品。
比较了现有方法与实施例3所制备的合金的性能差异。见表3
表3现有方法与实施例3的制备方法及合金性能
上表中X=0.2~0.8。
上述实施例中,所述粘结金属还可以为单质Co、Ni、Mo、Fe中的一种或几种。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,故不能依此限定本发明实施的范围,即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰,皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (9)
1.一种金属陶瓷,其特征在于各组分重量百分比为:Ti:30~50,W:3~30,Ta:1~15,Mo:1~25,Cr:0~5,V:0~5,Nb:0~10,Zr:0~5,Ni:0~24,Co:0~24,Fe:0~10,余量为C和N。
2.一种如权利要求1所述金属陶瓷的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)在一种符合权利要求1所述金属陶瓷各组成成分重量百分比的(Ti,W,Ta,Mo,Me)(C,N)多元复式碳氮化物加入粘结金属,所述Me为Cr、Nb、V、Zr元素中的一种或几种;
(2)将上述混合料经湿磨、干燥、渗入成型剂并压制成型,得压制成型料;
(3)将上述压制成型料脱除成型剂并烧结制备成成品。
3.如权利要求2所述的一种金属陶瓷的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中的粘结金属为单质Co,Ni,Mo,Fe中的一种或几种。
4.如权利要求2所述的一种金属陶瓷的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中的湿磨的时间为60~90小时。
5.如权利要求2所述的一种金属陶瓷的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中的干燥为真空干燥,干燥温度为100~150℃。
6.如权利要求2所述的一种金属陶瓷的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中的成型剂为石蜡,添加量为3~5%。
7.如权利要求2所述的一种金属陶瓷的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中的压制的压力为每平方厘米1~2.2吨。
8.如权利要求2所述的一种金属陶瓷的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中脱除成型剂的温度为300~500℃。
9.如权利要求2所述的一种金属陶瓷的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中的烧结温度为1430~1480℃。
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