CN105177390B - 一种金属陶瓷及其制备方法 - Google Patents
一种金属陶瓷及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105177390B CN105177390B CN201510543568.2A CN201510543568A CN105177390B CN 105177390 B CN105177390 B CN 105177390B CN 201510543568 A CN201510543568 A CN 201510543568A CN 105177390 B CN105177390 B CN 105177390B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder
- ceramic
- carbide
- tungsten carbide
- metal
- 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.)
- Active
Links
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明涉及一种高强度、高硬度、抗锈性能好的金属陶瓷，包括陶瓷相和粘结合金，陶瓷相是由碳化钨、碳化钛、碳化钒和Mo2C组成，陶瓷的含量为40‑60wt％，余量是粘结合金，其组成为Mn：0.8‑1.2wt％，Si：0.8‑1.2wt％，Cr：15.0‑18.0wt％，Ni：3.0‑6.0wt％，Cu：3.0‑6.0wt％，Nb+Ta:0.4‑0.8wt％，C：0.5‑0.7wt％，稀土元素≤0.6wt％，杂质≤0.07wt％，其余为Fe。采用粉末冶金方法制备，最后经过固溶强化、低温退火和时效处理得到金属陶瓷复合材料。本发明制备的金属陶瓷硬度高、强度高，同时在潮湿大气、水及溶液等环境中具有较好的抗锈性。
Description
技术领域
本发明涉及一种高强度、高硬度、抗锈性能好的金属陶瓷及其制备方法，其具有高强度和高硬度，同时潮湿大气、水及溶液等环境中具有较好的抗锈性。
背景技术
钢基金属陶瓷是一种以陶瓷相和以钢为粘结基体的复合材料，其性能介于普通硬质合金和钢铁之间，同时具有一系列其他优点，使其在许多领域得到广泛的使用。但是多数钢基金属陶瓷在潮湿大气、水及溶液等环境中容易发生氧化，材料在存放、运输、使用过程遭到破坏，使得材料的性能急剧下降，甚至报废，复合材料在某些领域的应用受到限制。虽然许多学着也曾制备过不锈粘结合金的金属陶瓷复合材料，由于原材料材料及工艺选择不当，使得综合性能较差。如徐开鸿等(徐开鸿,李坤达.机械合金化制备TiC弥散增强440C不锈钢复合材料.粉末冶金材料科学与工程.2008,13(2):457-462)利用TiC增强440C不锈钢，含TiC为40wt％的复合材料抗弯强度为＜1200MPa、硬度＜60HRC。
发明内容
本发明是针对现有的钢基金属陶瓷复合材料在潮湿大气、水及溶液等环境中存在抗锈性能不足的情况下，提供一种具有较高强度、高强度并具有较好抗锈性能的钢基金属陶瓷复合材料，延长了钢基金属陶瓷在某些领域的使用寿命并拓宽了它们的应用领域。
本发明的金属陶瓷包括陶瓷相和钢基粘结合金，其化学组成按照质量百分数计算：陶瓷是由碳化物、碳化钛和碳化钼组成；陶瓷的质量分数为40-60％，其中碳化钨、碳化钛、碳化钒和Mo2C的粒径分别是0.25-6μm、2-15μm，2-10μm和2-10μm，碳化钨、碳化钒和Mo2C含量分别占陶瓷总质量的5-20％、0.2-1.0％、5-10％；余量是粘结剂合金，其组成为Mn：0.8-1.2wt％，Si：0.8-1.2wt％，Cr：15.0-18.0wt％，Ni：3.0-6.0wt％，Cu：3.0-6.0wt％，Nb+Ta:0.4-0.8wt％，C：0.5-0.7wt％，稀土元素≤0.6wt％，杂质≤0.07wt％，其余为Fe，其中基体合金原料粉的粒径为-300目。
本发明的金属陶瓷的制备工艺，主要包括以下过程：
1按照质量百分比，称量0.25-6μm的碳化钨粉、2-15μm的碳化钛粉、2-10μm的碳化钒粉和2-10μm的Mo2C粉和-300目的合金原料粉，其中陶瓷相占复合材料的质量分数为40-60％，碳化钨、碳化钒和Mo2C含量分别占陶瓷总质量的5-20％、0.2-1.0％、5-10％。
2将上述粉末放入行星球磨机(不锈钢求和不锈钢罐)，按照球料比4：1～10：1进行混料研磨，控制剂和粉料的质量比为500-750ml/kg，球磨时间6-24h，获得原料混合粉；
3球磨完的混合湿粉用水蒸气在真空条件下进行干燥，干燥的混合粉用筛子进行筛分、掺胶，将掺胶的混合粉再次进行筛分，然后在300-600MPa下压制成形；
4压坯在1390-1430℃、5-10MPa下进行低压烧结，经过固溶强化(1030-1050℃、油冷)，低温退火(810-830℃、空冷)和时效处理(520-580℃、以3-8℃/min的冷却速度冷却至室温)得到具有高强度、高硬度和不易锈的金属陶瓷陶瓷复合材料。
本发明的有益效果为：本发明的金属陶瓷具有较高的力学性能，同时粘结合金基体可以有效的改善复合材料在大气、蒸汽、水等介质中的抗锈性能。
本发明可选用不同粒径原料粉，利用原料粉的韧性不同，配合不同的球料比和球磨时间，得到所需要的颗粒尺寸，达到不同的综合性能。本发明中粘结合金碳含量较低，且Ni、Cr含量高，是材料具有较好的耐蚀性能的基础。同时添加稀土元素和含量较高的Cu、Nb、W、Ti等，其中稀土元素能降低产品的表面宏观应力，还可在硬质相和粘结合金之间形成吸附膜，降低扩散运动的自由程，同时可与的杂质发生反应，沉降与晶界间，进行净化与质点强化，达到可以阻碍晶粒长大、提高金属陶瓷的致密度及力学性能；Cu、Nb、W、Ti等经过烧结和热处理析出ε-Cu、NbC、M23C6等相，这些析出相能提高粘结合金的强度和硬度，同时减少含铬碳化物对材料抗锈性能的不良影响。
本发明的金属陶瓷在抗锈性能好的粘结合金的基础上添加TiC、WC等陶瓷，陶瓷中有些颗粒在烧结过程中会形成晶粒尺寸比较细小的组织，这些细小的颗粒能提高基体抗锈性能，即得到抗锈性较好的金属陶瓷复合材料；金属陶瓷中的陶瓷相低压烧结过程中较普通真空烧结具有更小的长大趋势，从而保持小颗粒的形态，同时低压烧结过程能提高陶瓷相和粘结合金界面强度，还能促进金属陶瓷的致密化，从而提高材料的性能。因此，本发明能得到较高的强度和硬度，同时具有较好的抗锈性能的金属陶瓷复合材料。
具体实施方式
实施例1：按照粘结剂合金含量为60wt％称量粉末：Mn：1.20wt％，Si：1.20wt％，Cr：18wt％，Ni：6wt％，Cu：6wt％，Nb+Ta:0.8wt％，C：0.7wt％，稀土元素：0.6％其余为Fe。0.6μm的碳化钨、3μm的碳化钛、3μm的碳化钒和3μm的Mo2C，碳化钨、碳化钒和Mo2C的含量占陶瓷总质量的15％、0.8％和8％。将配好的粉末放入行星球磨机中进行混料研磨6h，其中球料比为4：1，以酒精为过程控制剂，控制剂和粉料的质量比为750ml/Kg；球磨后的粉用水蒸气在真空下干燥；将干燥的粉过筛、掺胶、干燥、过筛；最后在350Mpa下进行压制，1390℃、6MPa下进行低压烧结，烧结时间为0.5h，经过1050℃×1h固溶处理(油冷)、830℃×0.5h低温退火(空冷)和570℃×4h时效处理(以4℃/min的冷却速度冷却至室温)得到硬度≥64HRC、抗弯强度≥2000MPa、抗锈性能好的金属陶瓷复合材料。
实施例2：按照粘结剂合金含量为50wt％称量粉末：Mn：1.20wt％，Si：1.00wt％，Cr：17wt％，Ni：5wt％，Cu：5wt％，Nb+Ta:0.6wt％，C：0.6wt％，稀土元素：0.5％其余为Fe。2μm的碳化钨、6μm的碳化钛、6μm的碳化钒和5μm的Mo2C，碳化钨、碳化钒和Mo2C的含量占陶瓷总质量的10％、0.5％和5％。将配好的粉末放入行星球磨机中进行混料研磨12h，其中球料比为10：1，以酒精为过程控制剂，控制剂和粉料的质量比为500ml/Kg；球磨后的粉用水蒸气在真空下干燥；将干燥的粉过筛、掺胶、干燥、过筛；最后在400Mpa下进行压制，1400℃、8MPa下进行低压烧结，烧结时间为1h，经过1040℃×1h固溶处理(油冷)、820℃×0.5h低温退火(空冷)和550℃×3h时效处理(以5℃/min的冷却速度冷却至室温)得到硬度≥68HRC、抗弯强度≥1700MPa、抗锈性能好的金属陶瓷复合材料。
实施例3：按照粘结剂合金含量为40wt％称量粉末：Mn：1.20wt％，Si：1.20wt％，Cr：16wt％，Ni：6wt％，Cu：6wt％，Nb+Ta:0.6wt％，C：0.6wt％，其余为。5μm的碳化钨、10μm的碳化钛、10μm的碳化钒和8μm的Mo2C，碳化钨、碳化钒和Mo2C的含量占陶瓷总质量的10％、0.5％和5％。将配好的粉末放入行星球磨机中进行混料研磨24h，其中球料比为8：1、以酒精为过程控制剂，控制剂和粉料的质量比为600ml/Kg；球磨后的粉用水蒸气在真空下干燥；将干燥的粉过筛、掺胶、干燥、过筛；最后在500Mpa下进行压制，1430℃、10MPa下进行低压烧结，烧结时间为1h，经过1030℃×1h固溶处理(油冷)、820℃×0.5h低温退火(空冷)和530℃×3h时效处理(以6℃/min的冷却速度冷却至室温)得到硬度≥70HRC、抗弯强度≥1500MPa、抗锈性能好的金属陶瓷复合材料。
实施例4：按照粘结剂合金含量为50wt％称量粉末：Mn：1.0wt％，Si：1.0wt％，Cr：17wt％，Ni：5wt％，Cu：5wt％，Nb+Ta:0.8wt％，C：0.7wt％，其余为Fe。0.6μm的碳化钨、10μm的碳化钛、8μm的碳化钒和6μm的Mo2C，碳化钨、碳化钒和Mo2C的含量占陶瓷总质量的10％、0.5％和8％。将配好的粉末放入行星球磨机中进行混料研磨12h，其中球料比为6：1、以酒精为过程控制剂，控制剂和粉料的质量比为500ml/Kg；球磨后的粉用水蒸气在真空下干燥；将干燥的粉过筛、掺胶、干燥、过筛；最后在350Mpa下进行压制，1410℃、8MPa下进行低压烧结，烧结时间为1h，经过1040℃×1h固溶处理(油冷)、820℃×0.5h低温退火(空冷)和550℃×3h时效处理(以5℃/min的冷却速度冷却至室温)处理得到硬度≥67HRC、抗弯强度≥1800MPa、抗锈性能好的金属陶瓷复合材料。
Claims (2)
1.一种金属陶瓷的制备方法，其特征在于包括陶瓷相和粘结合金，成分质量百分比为：
陶瓷相质量分数为40-60％；余量是粘结合金，所述粘结合金组成为Mn：0.8-1.2wt％，Si：0.8-1.2wt％，Cr：15.0-18.0wt％，Ni：3.0-6.0wt％，Cu：3.0-6.0wt％，Nb+Ta:0.4-0.8wt％，C：0.5-0.7wt％，稀土元素≤0.6wt％，杂质≤0.07wt％，其余为Fe；
所述陶瓷相包括碳化钛、碳化钨、碳化钒和Mo2C，其粒度分别是2-15μm、0.25-6μm、2-10μm和2-10μm，其中碳化钨、碳化钒和Mo2C含量分别占陶瓷总质量的5-20％、0.2-1.0％、5-10％，其余为碳化钛；
具体制备步骤如下：
a)按照质量百分比，称量0.25-6μm的碳化钨粉、2-15μm的碳化钛粉、2-10μm的碳化钒粉和2-10μm的Mo2C粉和-300目的合金原料粉；
b)将上述粉末放入行星球磨机，按照球料比4：1～10：1进行混料研磨，控制剂和粉料的质量比为500-750ml/kg，球磨时间6～24h，获得原料混合粉；
c)球磨完的混合湿粉用水蒸气在真空条件下进行干燥，干燥的混合粉用筛子进行筛分、掺胶，将掺胶的混合粉再次进行筛分，然后在300-600MPa下压制成形；
d)压坯在1390-1430℃、5-10MPa进行低压烧结，烧结时间为0.5-1h；
e)经过固溶强化，低温退火和时效处理，得到具有高强度、高硬度和防锈的金属陶瓷。
2.如权利要求1所述的金属陶瓷的制备方法，其特征在于步骤e)中固溶强化的条件是1030-1050℃、油冷，低温退火的条件是810-830℃、空冷，时效处理的条件是520-580℃、以3-8℃/min的冷却速度冷却至室温。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510543568.2A CN105177390B (zh) | 2015-08-28 | 2015-08-28 | 一种金属陶瓷及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510543568.2A CN105177390B (zh) | 2015-08-28 | 2015-08-28 | 一种金属陶瓷及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105177390A CN105177390A (zh) | 2015-12-23 |
| CN105177390B true CN105177390B (zh) | 2017-03-22 |
Family
ID=54899808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510543568.2A Active CN105177390B (zh) | 2015-08-28 | 2015-08-28 | 一种金属陶瓷及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105177390B (zh) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105499786B (zh) * | 2015-12-30 | 2017-10-27 | 北京工业大学 | 一种电渣堆焊制备含原始wc陶瓷增强相耐磨硬面的方法 |
| CN105695833A (zh) * | 2016-04-12 | 2016-06-22 | 唐岁寒 | 一种电缆支持架 |
| CN105734462A (zh) * | 2016-05-04 | 2016-07-06 | 芜湖市爱德运输机械有限公司 | 耐腐蚀双管螺旋喂料机 |
| CN105886871B (zh) * | 2016-05-13 | 2018-01-23 | 株洲中工硬质合金工具有限责任公司 | 一种以碳化钛为主要成分的高强度硬质合金及制备方法 |
| CN106191622A (zh) * | 2016-07-08 | 2016-12-07 | 彭东林 | 一种短周期贴面压机高导热压板 |
| CN107557704A (zh) * | 2017-09-07 | 2018-01-09 | 苏州浩焱精密模具有限公司 | 一种热作模具材料及其制备方法 |
| CN108149112A (zh) * | 2017-12-04 | 2018-06-12 | 株洲夏普高新材料有限公司 | 含稀土元素y的金属陶瓷及其制备方法 |
| CN109055847A (zh) * | 2018-10-25 | 2018-12-21 | 湖南山力泰机电科技有限公司 | 一种基于碳化钨应用的钨合金材料 |
| CN109536812A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-03-29 | 武汉新科冶金设备制造有限公司 | 钢水出口扩孔器金属陶瓷刀头材料及其制备方法 |
| CN110273097B (zh) * | 2019-06-28 | 2021-02-23 | 鞍钢股份有限公司 | 一种vc/v10粉末高速钢复合材料及其制备方法 |
| CN114309578A (zh) * | 2021-03-22 | 2022-04-12 | 武汉钜能科技有限责任公司 | 耐磨损金属陶瓷粉及应用和耐磨损金属陶瓷 |
| CN113462945A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-10-01 | 上海工艺美术职业学院 | 一种金属陶瓷复合材料及其制备方法 |
| CN115323236A (zh) * | 2022-08-11 | 2022-11-11 | 上海宝鼎机械制造有限公司 | 一种金属陶瓷粉末冶金材料及制作金属陶瓷导卫的方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4177467B2 (ja) * | 1996-10-04 | 2008-11-05 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 高靱性硬質合金とその製造方法 |
| DE102011112435B3 (de) * | 2011-09-06 | 2012-10-25 | H.C. Starck Gmbh | Cermetpulver, Verfahren zur Herstellung eines Cermetpulvers, Verwendung der Cermetpulver, Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Bauteils, Beschichtetes Bauteil |
| CN104294072B (zh) * | 2014-09-21 | 2017-12-15 | 湖南科技大学 | 一种梯度硬质合金/金属陶瓷的快速制备方法 |
| CN104388718A (zh) * | 2014-10-22 | 2015-03-04 | 苏州莱特复合材料有限公司 | 金属陶瓷复合材料及其制备方法 |
-
2015
- 2015-08-28 CN CN201510543568.2A patent/CN105177390B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105177390A (zh) | 2015-12-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105177390B (zh) | 一种金属陶瓷及其制备方法 | |
| CN110607473B (zh) | 一种过渡金属碳氮化物基高熵金属陶瓷及其制备方法和应用 | |
| CN1321768C (zh) | 温压弥散颗粒增强钢铁基粉末冶金复合材料的制备方法 | |
| CN101397614B (zh) | 一种Ni粘结WC基硬质合金的制备方法 | |
| CN109161773A (zh) | 一种高熵合金粘结相硬质合金的制备方法 | |
| CN104388722B (zh) | 一种粘结相热处理强化的硬质合金及制备方法 | |
| CN105950935A (zh) | 冷镦成形紧固件用硬质合金模具材料及其制备方法 | |
| CN108034896B (zh) | 一种颗粒增强奥氏体不锈钢材料及其制备方法 | |
| DE3941536A1 (de) | Hartmetall-mischwerkstoffe auf basis von boriden, nitriden und eisenbindemetallen | |
| CN110358960B (zh) | 一种高强高韧Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法 | |
| CN108441664A (zh) | 超高强度可涂层TiCN基含钴钢结硬质合金及制备方法 | |
| TW201718901A (zh) | 以還原反應製備多孔球狀鐵基合金粉的方法、其粉末和燒結體 | |
| CN101210291B (zh) | 一种超细晶粒金属陶瓷的生产方法 | |
| EP3034211A1 (en) | A wear resistant tool steel produced by HIP | |
| Dehghan-Manshadi et al. | Properties of Powder Metallurgy‐Fabricated Oxygen‐Containing Beta Ti–Nb–Mo–Sn–Fe Alloys for Biomedical Applications | |
| CN111663069B (zh) | 一种CoCrNiCuMn-TiN-TiC-WC复合材料的制备方法 | |
| CN106399797B (zh) | 一种以钴粘结碳化钛基耐磨耐腐蚀硬质合金及制备方法 | |
| CN106702250B (zh) | 一种高硬度高强度硬质合金锯片及其加工方法 | |
| DE19711642C2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Stahl-Matrix-Verbundwerkstoffes sowie Verbundwerkstoff, hergestellt nach einem derartigen Verfahren | |
| CN1267581C (zh) | 粉末冶金法制备高速钢表面硬质合金覆层的方法 | |
| CN102766795B (zh) | 无磁模具材料及其制备方法 | |
| CN104561724A (zh) | 高硬度高耐磨性钢结硬质合金 | |
| CN102747249A (zh) | 一种增强钛基复合材料及其粉末冶金制备方法 | |
| EP1218555B1 (de) | Verfahren zur pulvermetallurgischen in-situ herstellung eines verschleissbeständigen verbundwerkstoffes | |
| JPS6318001A (ja) | 粉末冶金用合金鋼粉 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |