CN102534336A

CN102534336A - 一种金属陶瓷及其制备方法

Info

Publication number: CN102534336A
Application number: CN2011103993493A
Authority: CN
Inventors: 吴冲浒; 何旭东; 文晓; 肖满斗; 程登峰; 马丽丽; 吴飞龙; 肖伟
Original assignee: Xiamen Tungsten Co Ltd; Xiamen Golden Egret Special Alloy Co Ltd
Current assignee: Xiamen Tungsten Co Ltd; Xiamen Golden Egret Special Alloy Co Ltd
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2031-12-02
Also published as: CN102534336B

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

一种金属陶瓷及其制备方法

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；

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；

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

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：

(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℃。