CN103774021A - Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法 - Google Patents
Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103774021A CN103774021A CN201210398963.2A CN201210398963A CN103774021A CN 103774021 A CN103774021 A CN 103774021A CN 201210398963 A CN201210398963 A CN 201210398963A CN 103774021 A CN103774021 A CN 103774021A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- aln
- vacuum
- drying
- sintering
- metal ceramic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Abstract
一种Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法,依次经过原料组配、球磨混料、烘干、模压成型、脱脂、烧结等步骤,原料中各组分的质量百分比为:TiC 40~60%、TiN 10-20%、WC 3-7%、Ni 13-20%、Mo 7-11%、C 0.5-1%、Y 0.4-0.8%、AlN 1-5%;在原料粉末中加入稀土元素Y和AlN,通过稀土元素Y对相界面的起到了净化作用,使相界面的结合强度得到增强,提高了材料强韧性;而加入的AlN使Ti(C,N)基金属陶瓷的粘结相得到强化,从而提高金属陶瓷的硬度和强度。具有低密度,高硬度,对钢的摩擦系数小,切削时粘结磨损和扩散磨损小,红硬性好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及合金材料的技术领域,具体说是一种具有低密度和高硬度,且生产成本低廉的Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法。
背景技术
金属陶瓷的发展至今主要经历三个过程:一、1929年德国发明了TiC-Ni基金属陶瓷,虽然有优良的高温力学性能和低密度的特点,但是由于Ni对TiC颗粒的润湿性差,TiC颗粒易聚集长大,材料强度和韧性较差;二、1956年美国福特公司发明了TiC-Mo2C-Ni金属陶瓷,金属陶瓷强度得到提高;三、1971年维也纳工业大学发现了在TiC-Mo2C-Ni金属陶瓷中加入TiN,可以进一步细化硬质相颗粒,抗高温蠕变能力,红硬性,室温强韧性都有提高。
但是随着TiN的引入,在烧结过程中产生脱氮现象,增大了材料的孔隙率,脱氮造成的总效应是降低可烧结性和强度。
近些年来,科研人员进行了大量的研究,通过对材料制备中的组份设计,反应机理的研究,制造方法和加工工艺的优化,希望能够同时提高材料的硬度和抗弯强度,使其综合性能能够满足工业生产的需求,但是,通过国内金属陶瓷产品的使用范围和比例,其产业发展还处在初期阶段,性能还需要改进提高。随着对纳米材料的逐步认识,利用纳米粉制备纳米Ti(C,N)基金属陶瓷的研究越来越多,但是至今还不能制备非常致密化的Ti(C,N)基金属陶瓷,其制备过程有许多问题需要解决,另外纳米陶瓷粉的制备成本非常高,因此开发新的适于纳米Ti(C,N)基金属陶瓷的烧结方法烧结工艺以及制备纳米混合粉的工艺方法将成为但前的研究重点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有低密度和高硬度,且生产成本低廉的Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:
本发明的Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法,具有以下步骤:
A、进行原料组配,原料中各组分的质量百分比为:TiC 40~60%、TiN 10-20%、WC 3-7%、Ni 13-20%、Mo 7-11%、C 0.5-1%、Y 0.4-0.8%、AlN 1-5%;
B、按每千克原料加入850毫升无水乙醇的配比,在上述原料中加入无水乙醇,将混合的物料在行星球磨机上湿混,球料比为8∶1,球磨机转速为300r/min,在球磨机中混料72小时;
C、将上述步骤中得到的混料料浆在电热干燥箱中进行干燥,干燥温度为78±5℃,干燥时间12小时;
D、配置质量百分比为8%的聚乙烯醇溶液,并将聚乙烯醇溶液加入到混合物料中,加入的聚乙烯醇溶液质量为干燥混合物料质量的6%,均匀混合后干燥造粒,过200目筛;
E、将D步骤中得到的粉料模压成型,压制力215MPa,压坯尺寸为5.6mm×5.6mm×40mm,压坯表面无裂纹;
F、将压坯置入真空脱脂炉中脱脂,真空脱脂炉的真空度不低于10Pa,炉温从200℃开始以2℃/min的升温速度升温到800℃,并保持800℃的温度2小时;
G、在真空烧结炉中进行烧结,固相烧结阶段的真空度在1-10Pa之间,液相烧结阶段真空度在1-10-2Pa之间。
本发明的Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法中,还可以采用以下技术方案:
原料中各组分的质量百分比为:TiC 49.6%、TiN 15%、WC 5%、Ni 17%、Mo 9%、C 0.8%、Y 0.6%、AlN 3%。
本发明具有的优点和积极效果是:
本发明的Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法中,同时加入稀土元素Y和AlN,通过稀土元素Y与烧结体中的杂质形成难溶化合物并分布在Ti(C,N)/Ni相界面上,一方面对相界面的起到了净化作用,使相界面的结合强度得到增强,使硬质相颗粒得到细化,另一方面可减少孔隙的存在,提高材料的致密度,有利于材料强韧性的提高。而在Ti(C,N)基金属陶瓷中加入AlN,会在粘结相中形成r’相即Ni3(Al,Ti),使Ti(C,N)基金属陶瓷的粘结相得到强化,从而提高金属陶瓷的硬度和强度。本发明生产出的Ti(C,N)基金属陶瓷与硬质合金相比,具有低密度,高硬度,对钢的摩擦系数小,切削时粘结磨损和扩散磨损小,红硬性好的优点。该Ti(C,N)基金属陶瓷材料配方中主要成分是TiC,对国家战略资源W的消耗量少,并且不含Co(中国贫Co,储量不足全球的1%)。Ti(C,N)基金属陶瓷的密度小(7g/cm3左右),生产制备时所需原料粉末的市场价格较低,而生产过程中,不需要高端设备及复杂的工艺流程,生产运行成本远低于硬质合金材料。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明进行详细的说明。
实施例1:本发明的Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法,具有以下步骤:
A、进行原料组配,原料中各组分的质量百分比为:TiC 48.1%、TiN20%、WC 3%、Ni 20%、Mo 7%、C 0.5%、Y 0.4%、AlN 1%;
B、按每千克原料加入850毫升无水乙醇的配比,在上述原料中加入无水乙醇,将混合的物料在行星球磨机上湿混,球料比为8∶1,球磨机转速为300r/min,在球磨机中混料72小时;
C、将上述步骤中得到的混料料浆在电热干燥箱中进行干燥,干燥温度为78℃,干燥时间12小时;
D、配置质量百分比为8%的聚乙烯醇溶液,并将聚乙烯醇溶液加入到混合物料中,加入的聚乙烯醇溶液质量为干燥混合物料质量的6%,均匀混合后干燥造粒,过200目筛;
E、将D步骤中得到的粉料模压成型,压制力215MPa,压坯尺寸为5.6mm×5.6mm×40mm,压坯表面无裂纹;
F、将压坯置入真空脱脂炉中脱脂,真空脱脂炉的真空度不低于10Pa,炉温从200℃开始以2℃/min的升温速度升温到800℃,并保持800℃的温度2小时;
G、在真空烧结炉中进行烧结,固相烧结阶段的真空度在1Pa,液相烧结阶段真空度在10-2Pa。
实施例2:
A、进行原料组配,原料中各组分的质量百分比为:TiC 49.6%、TiN15%、WC 5%、Ni 17%、Mo 9%、C 0.8%、Y 0.6%、AlN 3%;
B、按每千克原料加入850毫升无水乙醇的配比,在上述原料中加入无水乙醇,将混合的物料在行星球磨机上湿混,球料比为8∶1,球磨机转速为300r/min,在球磨机中混料72小时;
C、将上述步骤中得到的混料料浆在电热干燥箱中进行干燥,干燥温度为78℃,干燥时间12小时;
D、配置质量百分比为8%的聚乙烯醇溶液,并将聚乙烯醇溶液加入到混合物料中,加入的聚乙烯醇溶液质量为干燥混合物料质量的6%,均匀混合后干燥造粒,过200目筛;
E、将D步骤中得到的粉料模压成型,压制力215MPa,压坯尺寸为5.6mm×5.6mm×40mm,压坯表面无裂纹;
F、将压坯置入真空脱脂炉中脱脂,真空脱脂炉的真空度不低于10Pa,炉温从200℃开始以2℃/min的升温速度升温到800℃,并保持800℃的温度2小时;
G、在真空烧结炉中进行烧结,固相烧结阶段的真空度在5Pa,液相烧结阶段真空度在10-1Pa。
实施例3:
A、进行原料组配,原料中各组分的质量百分比为:TiC 40%、TiN15.2%、WC 7%、Ni 20%、Mo 11%、C 1%、Y 0.8%、AlN 5%;
B、按每千克原料加入850毫升无水乙醇的配比,在上述原料中加入无水乙醇,将混合的物料在行星球磨机上湿混,球料比为8∶1,球磨机转速为300r/min,在球磨机中混料72小时;
C、将上述步骤中得到的混料料浆在电热干燥箱中进行干燥,干燥温度为73℃,干燥时间12小时;
D、配置质量百分比为8%的聚乙烯醇溶液,并将聚乙烯醇溶液加入到混合物料中,加入的聚乙烯醇溶液质量为干燥混合物料质量的6%,均匀混合后干燥造粒,过200目筛;
E、将D步骤中得到的粉料模压成型,压制力215MPa,压坯尺寸为5.6mm×5.6mm×40mm,压坯表面无裂纹;
F、将压坯置入真空脱脂炉中脱脂,真空脱脂炉的真空度不低于10Pa,炉温从200℃开始以2℃/min的升温速度升温到800℃,并保持800℃的温度2小时;
G、在真空烧结炉中进行烧结,固相烧结阶段的真空度在10Pa,液相烧结阶段真空度在1Pa。
实施例4:
A、进行原料组配,原料中各组分的质量百分比为:TiC 60%、TiN 10%、WC 3%、Ni 13%、Mo 11%、C 1%、Y 0.8%、AlN 1.2%;
B、按每千克原料加入850毫升无水乙醇的配比,在上述原料中加入无水乙醇,将混合的物料在行星球磨机上湿混,球料比为8∶1,球磨机转速为300r/min,在球磨机中混料72小时;
C、将上述步骤中得到的混料料浆在电热干燥箱中进行干燥,干燥温度为83℃,干燥时间12小时;
D、配置质量百分比为8%的聚乙烯醇溶液,并将聚乙烯醇溶液加入到混合物料中,加入的聚乙烯醇溶液质量为干燥混合物料质量的6%,均匀混合后干燥造粒,过200目筛;
E、将D步骤中得到的粉料模压成型,压制力215MPa,压坯尺寸为5.6mm×5.6mm×40mm,压坯表面无裂纹;
F、将压坯置入真空脱脂炉中脱脂,真空脱脂炉的真空度不低于10Pa,炉温从200℃开始以2℃/min的升温速度升温到800℃,并保持800℃的温度2小时;
G、在真空烧结炉中进行烧结,固相烧结阶段的真空度在10Pa之间,液相烧结阶段真空度在10-2Pa之间。
在Ti(C,N)基金属陶瓷的粉末原料中,含有O,S等杂质元素,烧结过程中会对生成的材料性能产生不利影响,由于稀土元素具有较强的化学活性,易与烧结体中的杂质形成难溶化合物并分布在Ti(C,N)/Ni相界面上,一方面对相界面的起到了净化作用,使相界面的结合强度得到增强,而且可以使硬质相颗粒得到细化,另一方面可减少孔隙的存在,提高材料的致密度,有利于材料强韧性的提高。而在Ti(C,N)基金属陶瓷中加入AlN,会在粘结相中形成r’相即Ni3(Al,Ti),使Ti(C,N)基金属陶瓷的粘结相得到强化,从而提高金属陶瓷的硬度和强度。
本发明通过同时加入稀土元素Y和AlN,严格控制合理的添加比例,并且优化硬质相,粘结相物质的加入量,结合成熟的烧结工艺,使硬度值≥91HRA.抗弯强度≥1900MPa。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例公开如上,然而,并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当然会利用揭示的技术内容作出些许更动或修饰,成为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (2)
1.一种Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法,具有以下步骤:
A、进行原料组配,原料中各组分的质量百分比为:TiC 40~60%、TiN 10-20%、WC 3-7%、Ni 13-20%、Mo 7-11%、C 0.5-1%、Y 0.4-0.8%、AlN 1-5%;
B、按每千克原料加入850毫升无水乙醇的配比,在上述原料中加入无水乙醇,将混合的物料在行星球磨机上湿混,球料比为8∶1,球磨机转速为300r/min,在球磨机中混料72小时;
C、将上述步骤中得到的混料料浆在电热干燥箱中进行干燥,干燥温度为78±5℃,干燥时间12小时;
D、配置质量百分比为8%的聚乙烯醇溶液,并将聚乙烯醇溶液加入到混合物料中,加入的聚乙烯醇溶液质量为干燥混合物料质量的6%,均匀混合后干燥造粒,过200目筛;
E、将D步骤中得到的粉料模压成型,压制力215MPa,压坯尺寸为5.6mm×5.6mm×40mm,压坯表面无裂纹;
F、将压坯置入真空脱脂炉中脱脂,真空脱脂炉的真空度不低于10Pa,炉温从200℃开始以2℃/min的升温速度升温到800℃,并保持800℃的温度2小时;
G、在真空烧结炉中进行烧结,固相烧结阶段的真空度在1-10Pa之间,液相烧结阶段真空度在1-10-2Pa之间。
2.根据权利要求1所述的Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法,其特征在于:原料中各组分的质量百分比为:TiC 49.6%、TiN 15%、WC 5%、Ni 17%、Mo 9%、C 0.8%、Y 0.6%、AlN 3%。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210398963.2A CN103774021B (zh) | 2012-10-19 | 2012-10-19 | Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210398963.2A CN103774021B (zh) | 2012-10-19 | 2012-10-19 | Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103774021A true CN103774021A (zh) | 2014-05-07 |
CN103774021B CN103774021B (zh) | 2015-11-25 |
Family
ID=50566774
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201210398963.2A Active CN103774021B (zh) | 2012-10-19 | 2012-10-19 | Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103774021B (zh) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104493168A (zh) * | 2014-12-27 | 2015-04-08 | 株洲茂翔硬质合金有限公司 | 一种金属陶瓷制品的制备方法 |
CN106011581A (zh) * | 2016-05-18 | 2016-10-12 | 华中科技大学 | 一种含钒无磁Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法 |
CN107299238A (zh) * | 2017-06-17 | 2017-10-27 | 合肥学院 | 一种Ti纳米颗粒增强TiC‑Ni系金属陶瓷的制备方法 |
CN108220734A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-29 | 成都美奢锐新材料有限公司 | 制备金属陶瓷的原料粉以及金属陶瓷的制备方法 |
CN109338196A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-02-15 | 肖水清 | Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法和应用 |
CN113234950A (zh) * | 2021-04-01 | 2021-08-10 | 三峡大学 | 一种Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法 |
CN115369300A (zh) * | 2021-09-01 | 2022-11-22 | 弗克森切削技术(苏州)有限公司 | 一种含AlN和TiB2的Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料及其制备方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1772701A (zh) * | 2005-09-28 | 2006-05-17 | 郑勇 | 功能梯度纳米复合Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法 |
CN101302595A (zh) * | 2008-07-08 | 2008-11-12 | 湖南科技大学 | 高耐磨Ti(C,N)基金属陶瓷刀具及其制备 |
CN101879670A (zh) * | 2010-06-03 | 2010-11-10 | 辽宁工程技术大学 | 一种含有复相金属陶瓷的高耐磨堆焊合金材料 |
-
2012
- 2012-10-19 CN CN201210398963.2A patent/CN103774021B/zh active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1772701A (zh) * | 2005-09-28 | 2006-05-17 | 郑勇 | 功能梯度纳米复合Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法 |
CN101302595A (zh) * | 2008-07-08 | 2008-11-12 | 湖南科技大学 | 高耐磨Ti(C,N)基金属陶瓷刀具及其制备 |
CN101879670A (zh) * | 2010-06-03 | 2010-11-10 | 辽宁工程技术大学 | 一种含有复相金属陶瓷的高耐磨堆焊合金材料 |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104493168A (zh) * | 2014-12-27 | 2015-04-08 | 株洲茂翔硬质合金有限公司 | 一种金属陶瓷制品的制备方法 |
CN106011581A (zh) * | 2016-05-18 | 2016-10-12 | 华中科技大学 | 一种含钒无磁Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法 |
CN106011581B (zh) * | 2016-05-18 | 2017-12-22 | 华中科技大学 | 一种含钒无磁Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法 |
CN107299238A (zh) * | 2017-06-17 | 2017-10-27 | 合肥学院 | 一种Ti纳米颗粒增强TiC‑Ni系金属陶瓷的制备方法 |
CN108220734A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-29 | 成都美奢锐新材料有限公司 | 制备金属陶瓷的原料粉以及金属陶瓷的制备方法 |
CN108220734B (zh) * | 2017-12-28 | 2020-10-16 | 成都美奢锐新材料有限公司 | 制备金属陶瓷的原料粉以及金属陶瓷的制备方法 |
CN109338196A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-02-15 | 肖水清 | Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法和应用 |
CN113234950A (zh) * | 2021-04-01 | 2021-08-10 | 三峡大学 | 一种Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法 |
CN115369300A (zh) * | 2021-09-01 | 2022-11-22 | 弗克森切削技术(苏州)有限公司 | 一种含AlN和TiB2的Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料及其制备方法 |
CN115369300B (zh) * | 2021-09-01 | 2023-09-26 | 弗克森切削技术(苏州)有限公司 | 一种含AlN和TiB2的Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103774021B (zh) | 2015-11-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103774021B (zh) | Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法 | |
CN106011581B (zh) | 一种含钒无磁Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法 | |
CN103030396B (zh) | 一种碳化硼碳化硅复合陶瓷及其制备方法 | |
CN102787267A (zh) | 基于高熵合金粘结剂的多元硼化物金属陶瓷及其制备方法 | |
CN103361532B (zh) | 一种固溶体增韧金属陶瓷及其制备方法 | |
CN101709436B (zh) | 高导热铝基复合材料的制备方法 | |
CN104926313A (zh) | 一种高热导率反应烧结碳化硅陶瓷材料及其制备方法 | |
CN104149038B (zh) | 一种陶瓷结合剂金刚石砂轮 | |
CN101318223B (zh) | 用偏钨酸铵和仲钨酸铵制备高压坯强度钨粉的方法 | |
CN107602131B (zh) | 一种碳化硅复相陶瓷 | |
CN102719720A (zh) | 一种(Ti,Mo,W(Ta,Nb))(C,N)固溶体粉末的制备方法 | |
CN102828096B (zh) | 一种金属陶瓷切削工具材料及其制备方法 | |
CN103172380A (zh) | 非氧化物陶瓷粉体的喷雾造粒方法 | |
CN104018052A (zh) | 一种TiC晶须增强金属陶瓷及其制备方法 | |
CN100436369C (zh) | 纳米α-Al2O3复合刚玉砖的制备方法 | |
CN104674098A (zh) | 基于TiCN-(Ti,M)CN混芯结构的金属陶瓷材料及其制备方法 | |
CN105036749A (zh) | 氮化硅添加六方氮化硼的热压制备方法 | |
CN106735249A (zh) | 一种铌基复合材料及制备方法 | |
CN114058893B (zh) | 一种AlCoCrFeNi作粘结剂的WC-Y2O3-ZrO2基体硬质合金的制备方法 | |
CN104961445A (zh) | 一种坩埚用复合陶瓷材料及其制备方法 | |
CN105481347A (zh) | 一种新型特种陶瓷材料及其制备方法 | |
CN107500776B (zh) | 一种聚晶立方氮化硼刀具材料及其制备方法 | |
CN103774022B (zh) | Ti(C,N)基金属陶瓷及其应用 | |
CN104404388A (zh) | 一种陶瓷钢复合材料及其制备方法 | |
CN103849790A (zh) | 一种原位生成均质纳米级陶瓷-金属复合材料及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Zheng Handong Document name: Notification of Passing Examination on Formalities |
|
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |