CN105817619A - 一种多级复合金属陶瓷、其制备方法及盾构刀具 - Google Patents

一种多级复合金属陶瓷、其制备方法及盾构刀具 Download PDF

Info

Publication number
CN105817619A
CN105817619A CN201610395186.4A CN201610395186A CN105817619A CN 105817619 A CN105817619 A CN 105817619A CN 201610395186 A CN201610395186 A CN 201610395186A CN 105817619 A CN105817619 A CN 105817619A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wear
phase
multistage composite
ceramic metal
granule
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
Application number
CN201610395186.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105817619B (zh
Inventor
邓欣
陈健
伍尚华
刘金洋
刘汝德
叶文驹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong Metalware 3d Technology Co Ltd
Original Assignee
Guangdong University of Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong University of Technology filed Critical Guangdong University of Technology
Priority to CN201610395186.4A priority Critical patent/CN105817619B/zh
Publication of CN105817619A publication Critical patent/CN105817619A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105817619B publication Critical patent/CN105817619B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/17—Metallic particles coated with metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/14—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by powder metallurgy, i.e. by processing mixtures of metal powder and fibres or filaments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C49/14—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the fibres or filaments

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明提供了一种多级复合金属陶瓷，包括基体相和分布于基体相内的若干团粒，所述团粒包括耐磨相和包覆在耐磨相外部的n层过渡相，n≥1；所述n层过渡相的硬度逐渐降低，接触耐磨相的过渡相层硬度最高；所述耐磨相包括W/Re‑B‑Ni3Al‑SiC合金。本发明以W/Re‑B‑Ni3Al‑SiC合金作为超硬耐磨相，被过渡相包围在中间，形成超硬复合金属陶瓷团粒，将该复合硬质合团粒均匀分布在增韧基体相中，得到具有特殊结构的多级复合金属陶瓷，本发明中的多级复合金属陶瓷同时具有较高的耐磨性和较高的断裂韧性，本发明还提供了一种多级复合金属陶瓷的制备方法和一种盾构刀具。

Description

一种多级复合金属陶瓷、其制备方法及盾构刀具
技术领域
本发明属于冶金加工技术领域，尤其涉及一种多级复合金属陶瓷、其制备方法及盾构刀具。
背景技术
在我国，习惯上将用于软土地层的隧道掘进机称为盾构机，用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。
对于盾构机来说，掘削系统对于盾构机的施工效果有着决定性的影响，掘削系统包括掘削刀盘及其驱动系统，掘削刀盘为能够转动或摇动的盘状掘削器，由盾构刀具、面板、出土槽口、驱动机构和轴承机构等构成。其中，盾构刀具作为开挖地层的直接作用部件，其性能直接影响盾构机的切削效果、出土状况和掘进速度。
盾构刀具通常由金属陶瓷制成，与金属陶瓷在金属机加工领域的应用相比，金属陶瓷在盾构领域的应用中通常要经受高磨损和高冲击震动并存的工作条件，其失效机理包括磨粒磨损，冲蚀磨损，热疲劳裂纹，应力、冲击疲劳裂纹，以及由这些裂纹所引发的断裂等，因此，用于盾构刀具的金属陶瓷须同时具备高的耐磨性和高的断裂韧性。目前盾构领域的金属陶瓷主要是粗晶粒的均匀结构的传统金属陶瓷，虽然断裂韧性较高，但耐磨性非常低，成为凿岩刀具寿命短的根本原因。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多级复合金属陶瓷、其制备方法及盾构刀具，本发明中的多级复合金属陶瓷同时具有高的耐磨性和较高的断裂韧性。
本发明提供一种多级复合金属陶瓷，包括基体相和分布于基体相内部的若干团粒；
所述团粒包括耐磨相和包覆在耐磨相外部的n层过渡相，n≥1；
所述n层过渡相的硬度逐渐降低，接触耐磨相的过渡相层硬度最高；
所述耐磨相包括W/Re-B-Ni3Al-SiC合金。
优选的，所述过渡相包括WC-Co合金。
优选的，所述基体相包括WC-Co合金或WC-Ni3Al合金。
优选的，所述团粒总体在所述多级复合金属陶瓷中的体积分数为32～90％。
优选的，所述耐磨相在所述团粒中的体积分数为60～98％。
优选的，所述团粒的粒径为10～1000μm。
优选的，所述耐磨相的粒径为2～996μm；
所述过渡相的厚度为2～50μm。
本发明提供一种多级复合金属陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
A)在耐磨相外层包覆n层过渡相，得到团粒，n≥1；所述n层过渡相的硬度逐渐降低，接触耐磨相的过渡相层硬度最高；
所述耐磨相包括W/Re-B-Ni3Al-SiC合金；
B)将团粒与基体相混合，进行烧结，得到多级复合金属陶瓷，其中，若干团粒分布于基体相内部。
优选的，所述烧结的温度为500～1800℃；
所述烧结中的保温时间为0.05～3小时。
本发明提供一种盾构刀具，包括上文所述的多级复合金属陶瓷。
本发明提供了一种多级复合金属陶瓷，包括基体相和分布于基体相内的若干团粒，所述团粒包括耐磨相和包覆在耐磨相外部的n层过渡相，n≥1；所述耐磨相包括W/Re-B-Ni3Al-SiC合金。所述n层过渡相的硬度逐渐降低，接触耐磨相的过渡相层硬度最高；所述过渡相的硬度小于耐磨相的硬度大于基体相的硬度。本发明以W/Re-B-Ni3Al-SiC合金作为超硬耐磨相，被过渡相包围在中间，形成超硬复合金属陶瓷团粒，将该复合硬质合团粒均匀分布在增韧基体相中，得到具有特殊结构的多级复合金属陶瓷，本发明中的多级复合金属陶瓷同时具有较高的耐磨性和较高的断裂韧性，实验结果表明，本发明中的多级复合金属陶瓷的硬度为9-20GPa，断裂韧性为8-40MPa·m1/2。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明中多级复合金属陶瓷的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种多级复合金属陶瓷，包括基体相和包覆于基体相内的团粒，
所述团粒包括耐磨相和包覆在耐磨相外部的n层过渡相，n≥1；
所述n层过渡相的硬度逐渐降低，接触耐磨相的过渡相层硬度最高；
所述耐磨相包括W/Re-B-Ni3Al-SiC合金。
本发明中的多级复合金属陶瓷同时具有较高的耐磨性和较高的断裂韧性。
本发明以硬度较低而韧性较高的金属陶瓷作为基体相，所述基体相的材质优选包括WC-Co合金或WC-Ni3Al合金；所述基体相在多级复合金属陶瓷中的体积分数优选为10-68％，更优选为15～60％，最优选为20～55％。在本发明中，所述WC-Co合金中Co的含量较高，Co的质量分数优选为15～95％，更优选为20～80％，最优选为25～75％，余量为WC；所述WC-Ni3Al合金中Ni3Al的含量较高，Ni3Al的体积分数优选为40～90％，更优选为60～80％。这使得增韧基体相中WC晶粒的平均自由程得到明显提高，保证了多级复合金属陶瓷的高韧性。
在本发明中，耐磨相外表面包覆n层过渡相，n≥1，形成团粒，所述团粒均匀分布在基体相中，如图1所示，图1为本发明中多级复合金属陶瓷的结构示意图，其中，1为耐磨相，2为过渡相，3为基体相，1和2形成的球形粉体为团粒。在本发明中，所述团粒优选为球形，所述团粒的粒径优选为10～1000μm，更优选为50～950μm，最优选为100～900μm，具体的，在本发明的实施例中，可以是110μm。所述团粒在多级复合金属陶瓷中的体积分数优选为32～90％，更优选为40～80％，最优选为50～70％，具体的，在本发明的实施例中，可以是70％。
在本发明中，所述过渡相能够增强基体相与超硬耐磨相之间的热、力学匹配，减小内应力，提高多级复合金属陶瓷的整体断裂韧性。在本发明中，可以采用1层过渡相，也可以采用多层过渡相；当采用多层过渡相时，多层过渡相的硬度逐渐降低，接触耐磨相的过渡相层硬度最高，接触基体相的过渡相硬度最低，多层过渡相中接触耐磨相的第一层过渡相的硬度可以和耐磨相相同也可以不同。在本发明中，所述过渡相的材质优选包括WC-Co合金，其中，WC在WC-Co合金的重量分数优选为80～94％，更优选为85～90％，余量为Co。在本发明中，可以采用硬度逐渐增加WC-Co合金作为3层过渡相，接触耐磨相的第一层过渡相的成分可以为92wt.％WC-8wt.％Co(该层硬度最高)，中间的第二层过渡相的成分可以为85wt.％WC-15wt.％Co(该层硬度居中)，接触基体相的第三层过渡相的成分可以为70wt.％WC-30wt.％Co(该层硬度在三层过渡相中硬度最低)。
在本发明中，所述过渡相的厚度(若为多层过渡相为多层过渡相的总厚度)优选为2～50μm，更优选为5～40μm，最优选为10～20μm；所述过渡相在多级复合金属陶瓷中的体积分数优选为2-40％，更优选为5～35％，最优选为10～30％。
在本发明中，所述耐磨相具有较高的硬度，与过渡相形成的团粒分散在基体中具有较好的耐磨性能。所述耐磨相的材质优选包括W/Re-B-Ni3Al-SiC合金，所述耐磨相在团粒中的体积分数优选为60～98％，更优选为70～90％，最优选为80～85％，所述耐磨相在多级复合金属陶瓷中的体积分数为优选为30-80％，更优选为40～70％，最优选为50～60％，具体的，在本发明的实施例中，可以是52.5％。所述耐磨相的粒径优选为2～996μm，更优选为10～800μm，最优选为50～600μm，具体的，在本发明的实施例中，可以是100μm。
在本发明中，所述W/Re-B-Ni3Al-SiC合金中，所述W/Re-B表示W和B的合金(W-B合金)或者Re和B的合金(Re-B合金)，W/Re-B的质量分数优选为70～90％，更优选为75～85％，更优选为80％；Ni3Al的质量分数优选为0.5～20％，更优选为3～15％，最优选为4～10％；SiC的质量分数优选为0.2～10％，更优选为1～8％，最优选为2～4％。本发明优选按照以下方法制备得到材质为W/Re-B-Ni3Al-SiC合金的耐磨相：
(1)将钨粉、硼粉按摩尔比W：B＝1:4混合均匀得混合物，或者将铼粉、硼粉按摩尔比Re：B＝1：2混合均匀得混合物，然后将混合物进行高温熔炼(3180℃以上)，或者在1000℃进行真空烧结，冷却后制得W/Re-B，将W/Re-B研磨后得到W/Re-B预反应粉。
优选的，所述钨粉的粒径为1μm，硼粉的粒径为1μm，铼粉的粒径为1μm。
(2)按比例将W/Re-B预反应粉和SiC晶须混合均匀，得复合原料。优选的，按比例将W/Re-B预反应粉、SiC晶须和Ni3Al混合粉体混合均匀，得复合原料。
上述的Ni3Al混合粉体由以下步骤制得：以质量分数计，将19～20％的Al，9.0～9.5％的Cr，0.6～0.65％的Zr，0.6～0.65％的Y，0.6～0.65％的V，0.95～1％的B和余量的Ni混合在一起，得混合粉体；在惰性气氛下球磨混合粉体50h，得Ni3Al混合粉体。
(3)将复合原料制备成材质为W/Re-B-Ni3Al-SiC合金的球形耐磨相。具体的制备方法包括在W/Re-B-Ni3Al-SiC混合粉中加入1-4wt％的成形剂，将所述混合物依次进行湿磨、干燥、过筛、制粒，得到耐磨相。耐磨相颗粒也可以通过将所述混合物依次进行湿磨、雾化干燥、过筛得到耐磨相。所得到的耐磨相需要进一步进行脱蜡和烧结。
在本发明中，所述成型剂优选为石蜡、PEG或橡胶。在本发明中，所述成型剂的质量优选为所述混合物质量的1％～4％，更优选为1.2％～2.8％，最优选为1.8％～2.2％。
在本发明中，所述湿磨的球磨速度优选为100r/min～250r/min，更优选为150r/min～200r/min，最优选为160r/min～180r/min。在本发明中，所述湿磨的时间优选为1小时～48小时，更优选为20小时～40小时，最优选为25小时～35小时。在本发明中，所述干燥的温度优选为50℃～70℃，更优选为55℃～65℃，最优选为60℃。
在本发明中，所述的脱蜡可以在氢气、氩气或氮气中进行，脱蜡温度400-600℃，脱蜡时间0.5-2小时，烧结可以在氢气、氩气、氮气、真空中进行，烧结温度1100-1600℃，所述烧结优选为真空烧结、气压烧结或微博烧结。
本发明对所述造粒的方法没有特殊的限制，可采用本领域技术人员熟知的喷雾造粒或滚筒造粒。在本发明中，所述造粒后得到的烧结后的耐磨相的粒径与上述技术方案所述耐磨相的粒径一致，在此不再赘述。
本发明的多级复合结构金属陶瓷，其中超硬相与过渡相的组合作为复合金属陶瓷团粒，硬度较低而韧性高的金属陶瓷作为基体，由于超硬相-过渡相组成的复合金属陶瓷团粒具有较高的硬度，因此耐磨性好，而基体的硬度低韧性高，从而达到了高耐磨性与高韧性的统一，应用于制作矿用、农用、基建、能源等领域的金属陶瓷刀具和工具，解决传统金属陶瓷耐磨性和断裂韧性不能同时提高的局限性。
本发明还提供了一种多级复合金属陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
A)在耐磨相外层包覆n层过渡相，得到团粒，n≥1，所述耐磨相包括W/Re-B-Ni3Al-SiC合金；
B)将团粒与基体相混合，进行烧结，得到多级复合金属陶瓷，其中，若干团粒分布于基体相内部。
本发明优选在耐磨相球形粉体颗粒外层包括n层过渡相，得到团粒，n≥1，本发明优选在耐磨相球形粉体颗粒外层包覆n层过渡相，得到团粒，具体的，可以将耐磨相球形粉体颗粒放在过渡相粉体中，进行混合制粒，再经过脱蜡、烧结，得到内部为耐磨相、外层包覆有过渡相的球形团粒。在本发明中，当在耐磨相外层包覆多层过渡相时，可以逐层进行包覆，将耐磨相球形粉体颗粒放在第一层过渡相粉体中进行混合制粒；将得到的颗粒放在第二层过渡相粉体中进行混合制粒；将得到的颗粒放在第三层过渡相粉体中进行混合制粒，依此类推，得到内部为耐磨相，外层包覆有多层过渡相的球形颗粒。
在本发明中，所述耐磨相的材质、用量与制备方法与上述技术方案中耐磨相的材质、用量和制备方法一致，在此不再赘述；所述过渡相的材质与用量与上述技术方案中过渡相的材质和用量一致，在此不再赘述。
在本发明中，所述混合制粒工艺可采用本领域技术人员熟知的喷雾造粒或滚筒造粒。在本发明中，所述造粒后得到的烧结后的耐磨相-过渡相团粒的粒径与上述技术方案所述耐磨相-过渡相团粒的粒径一致可根据实际需求进行调整，本发明不做特殊的限定。
本发明优选将得到的团粒进行脱蜡和烧结(或称作预烧)，得到预烧的团粒，在本发明中，所述的脱蜡可以在氢气、氩气、氮气中进行，脱蜡温度400-600℃，脱蜡时间0.5-2小时，烧结可以在氢气、氩气、氮气、真空中进行，烧结温度1100-1600℃。
在本发明中，所述混合制粒工艺可根据实际需求进行调整，本发明不做特殊的限定。
完成团粒的预烧后，本发明将团粒与基体相混合，进行烧结，得到多级复合金属陶瓷。在本发明中，可采用热压烧结，放电等离子烧结、微波烧结或热等静压烧结等烧结方式，优选放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering，SPS)制备多级复合金属陶瓷。SPS技术利用放电脉冲在粉末颗粒间产生等离子体，同时在粉末表层产生焦耳热，极大加速了粉末净化、烧结颈长大、体扩散、晶界扩散、以及蒸发-凝聚等烧结致密化机制，能够在比常规液相烧结低几百度的温度下实现快速致密。用SPS技术可在较低的烧结温度、很短的保温时间、可控的烧结压力下制备出晶粒组织较均匀、致密度高的超细乃至纳米结构的金属陶瓷，并且力学性能产生奇异的“双高(硬度与断裂韧性)”特性。与传统金属陶瓷液相烧结工艺比较，放电等离子烧结具有快速致密化和防止晶粒长大的优势，尤其适用于多级复合等非均匀结构金属陶瓷的制备。
在本发明中，所述烧结的温度优选为500～1800℃，更优选为800～1400℃；所述烧结过程中的保温时间优选为0.05～3小时，更优选为0.1～2小时。
本发明还提供了一种盾构刀具，包括上述技术方案中的多级复合金属陶瓷。本发明中的多级复合金属陶瓷属于非均匀结构金属陶瓷，适宜对土壤、岩石的掘进和切削，由本发明中的多级复合金属陶瓷制成的盾构刀具其耐磨性及使用寿命能够比金属陶瓷刀具提高50％以上，硬度大于85HRA。
本发明提供了一种多级复合金属陶瓷，包括基体相和分布于基体相内的若干团粒，所述团粒包括耐磨相和包覆在耐磨相外部的n层过渡相，n≥1；所述n层过渡相的硬度逐渐降低，接触耐磨相的过渡相层硬度最高；所述耐磨相包括W/Re-B-Ni3Al-SiC合金。本发明以W/Re-B-Ni3Al-SiC合金作为超硬耐磨相，被过渡相包围在中间，形成超硬复合金属陶瓷团粒，将该种近似球形、并且粒径较粗的复合硬质合团粒均匀分布在连续的增韧基体相中，得到具有特殊结构的多级复合金属陶瓷，本发明中的多级复合金属陶瓷同时具有较高的耐磨性和较高的断裂韧性，实验结果表明，本发明中的多级复合金属陶瓷的硬度为9～20GPa，断裂韧性为8～20MPa·m1/2。
本发明按照ASTM E399测试了本发明中金属陶瓷多级复合金属陶瓷的断裂韧性，结果表明，本发明中的金属陶瓷多级复合金属陶瓷的断裂韧性高达20MPa·m1/2。
本发明按照ASTM B611测试了本发明中多级复合金属陶瓷的耐磨性，本发明中的多级复合金属陶瓷的耐磨性比结构均匀的常规金属陶瓷提高15～30％。
本发明测试了本发明中多级复合金属陶瓷的维氏硬度，结果表明，本发明中的多级复合金属陶瓷的硬度高达20GPa。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种多级复合金属陶瓷、其制备方法及盾构刀具进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。
在以下实施例中，钨粉的粒径为1μm，硼粉的粒径为1μm，铼粉的粒径为1μm。
实施例1
将硼粉置于1×10-3Pa的真空炉中，由室温加热至1500℃并保温2h，然后随炉降温至室温；将钨粉、硼粉按摩尔比W：B＝1:4混合均匀得混合物，然后将混合物在10-2托真空下加热至1450℃并保温90min，冷却后制得WB4结块，将WB4研磨后得到WB4预反应粉。
以质量分数计，将19％的Al，9.0％的Cr，0.65％的Zr，0.6％的Y，0.6％的V，1％的B和余量的Ni混合在一起，得混合粉体；在惰性气氛下球磨混合粉体50h，得Ni3Al混合粉体。
以质量分数计，将2％的SiC晶须、4％的Ni3Al和94％的WB4-B预反应粉混合均匀经添加2wt％石蜡，湿混，雾化制粒，脱蜡，烧结后制备得到WB4-Ni3Al-SiC合金球形耐磨相。耐磨相的平均粒径为100μm。
将WB4-Ni3Al-SiC合金球形耐磨相放在含15wt％Co的WC-Co粉体中旋转，在耐磨相表层覆盖一层WC-Co粉体为过渡相，得到金属陶瓷团粒，得到的金属陶瓷团粒平均粒径为110μm。
将75.8克金属陶瓷团粒与24.2克WC-70wt％Co金属陶瓷混合，混合均匀后在1300℃下放电等离子烧结，保温5分钟，得到多级复合金属陶瓷。多级复合金属陶瓷中，以体积分数计，耐磨相52.5％，过渡相17.5％，基体相30％。
实施例2
将硼粉置于1×10-3Pa的真空炉中，由室温加热至1500℃并保温2h，然后随炉降温至室温；将钨粉、硼粉按摩尔比W：B＝1:4混合均匀得混合物，然后将混合物在10-2托真空下加热至1450℃并保温90min，冷却后制得WB4结块，将WB4研磨后得到WB4预反应粉。
以质量分数计，将19％的Al，9.0％的Cr，0.65％的Zr，0.6％的Y，0.6％的V，1％的B和余量的Ni混合在一起，得混合粉体；在惰性气氛下球磨混合粉体50h，得Ni3Al混合粉体。
以质量分数计，将4％的SiC晶须、6％的Ni3Al和90％的WB4预反应粉混合均匀，经添加2wt.％石蜡，湿混，雾化制粒，脱蜡，烧结后制备得到。耐磨相的平均粒径为150μm。
将WB4-Ni3Al-SiC合金球形耐磨相放在含15wt％Co的WC-Co粉体中混合制粒，在耐磨相表层覆盖一层WC-Co粉体为过渡相，得到金属陶瓷团粒，得到的金属陶瓷团粒平均粒径为160μm。
将75.8克金属陶瓷团粒与24.2克WC-Co金属陶瓷混合，混合均匀后在1300℃下等离子烧结，保温5分钟，得到多级复合金属陶瓷。多级复合金属陶瓷中，以体积分数计，耐磨相57.7％，过渡相12.3％，基体相30％。
实施例3
采用实施例1中的WB4-Ni3Al-SiC合金球形耐磨相。
将WB4-Ni3Al-SiC合金球形耐磨相放在含15wt％Co的WC-Co粉体中混合制粒，在耐磨相表层覆盖一层WC-Co粉体为过渡相，得到金属陶瓷团粒，得到的金属陶瓷团粒平均粒径为310μm。
将75.8克金属陶瓷团粒与24.2克WC-Co金属陶瓷混合，混合均匀后在1300℃下放电等离子烧结，保温5分钟，得到多级复合金属陶瓷。多级复合金属陶瓷中，以体积分数计，耐磨相63.4％，过渡相6.6％，基体相30％。
实施例4
按照实施例2中的方法制备得到粒径为300μm的WB4-Ni3Al-SiC合金球形耐磨相。
将WB4-Ni3Al-SiC合金球形耐磨相放在含15wt％Co的WC-Co粉体中旋转，在耐磨相表层覆盖一层WC-Co粉体为过渡相，得到金属陶瓷团粒，得到的金属陶瓷团粒平均粒径为310μm。
将77.4克金属陶瓷团粒与22.6克WC-90wt.％Co金属陶瓷混合，混合均匀后在1300℃下等离子烧结，保温5分钟，得到多级复合金属陶瓷。多级复合金属陶瓷中，以体积分数计，耐磨相63.4％，过渡相6.6％，基体相30％。
实施例5
按照实施例1中的方法制备得到粒径为300μm的WB4-Ni3Al-SiC合金球形耐磨相。
将WB4-Ni3Al-SiC合金球形耐磨相放在含15wt％Co的WC-Co粉体中旋转，在耐磨相表层覆盖一层WC-Co粉体为过渡相，得到金属陶瓷团粒，得到的金属陶瓷团粒平均粒径为320μm。
将75.8克金属陶瓷团粒与24.2克WC-70wt.％Co金属陶瓷混合，混合均匀后在1300℃下等离子烧结，保温5分钟，得到多级复合金属陶瓷。多级复合金属陶瓷中，以体积分数计，耐磨相57.7％，过渡相12.3％，基体相30％。
实施例6
按照实施例2中的方法制备得到粒径为300μm的WB4-Ni3Al-SiC合金球形耐磨相；
按照下述方法制备得到第一层过渡相：
将92wt.％WC-8wt.％Co和石蜡混合，得到混合物；
将21.5克所述混合物与192.9克耐磨相颗粒在200r/min下进行48小时湿磨、60℃下干燥、过筛、制粒；将得到的球粒在氢气中400℃下进行0.5小时的脱蜡，然后在600℃真空条件下进行烧结，得到耐磨相与第一层过渡相组成的团粒。
按照下述方法制备得到第二层过渡相：
将85wt.％WC-15wt.％Co和石蜡混合，得到混合物；
将21.9克所述混合物与214.4克的耐磨相与第一层过渡相组成的团粒在200r/min下进行48小时湿磨、60℃下干燥、过筛、制粒；将得到的球粒在氢气中400℃下进行2小时的脱蜡，然后在600℃真空条件下进行烧结，得到耐磨相与第一层+第二层过渡相组成的团粒。
按照下述方法制备得到第三层过渡相：
将70wt.％WC-30wt.％Co和石蜡混合，得到混合物；
将21.1克所述混合物与236.3克的耐磨相与第一层+第二层过渡相组成的团粒在200r/min下进行48小时湿磨、60℃下干燥、过筛、制粒；将得到的球粒在氢气中400℃下进行2小时的脱蜡，然后在600℃真空条件下进行烧结，得到耐磨相与第一层+第二层+第三层过渡相组成的团粒。
采用30wt.％WC-70wt.％Co合金作为基体相，所述基体相的制备方法为：
将30wt.％WC-70wt.％Co和石蜡混合，得到混合物；
将82.4克所述混合物与257.4克耐磨相与三层过渡相组成的团粒在200r/min下进行48小时湿磨、60℃下干燥、过筛、制粒；将得到的球粒在氢气中400℃下进行2小时的脱蜡，然后在41MPa，1200℃进行放电等离子烧结，保温5分钟，得到最终的多级复合金属陶瓷。多级复合金属陶瓷中，耐磨相-过渡相团粒的平均粒径为330μm，以体积分数计，耐磨相52.6％，过渡相17.4％，基体相30％。
本发明分别测试了实施例1～6中的金属陶瓷的耐磨性、断裂韧性和硬度，结果如表1所示，表1为本发明实施例1～6中金属陶瓷的性能参数。
表1本发明实施例1～6中金属陶瓷的性能参数
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多级复合金属陶瓷，包括基体相和分布于基体相内部的若干团粒；
所述团粒包括耐磨相和包覆在耐磨相外部的n层过渡相，n≥1；
所述n层过渡相的硬度逐渐降低，接触耐磨相的过渡相层硬度最高；
所述耐磨相包括W/Re-B-Ni3Al-SiC合金。
2.根据权利要求1所述的多级复合金属陶瓷，其特征在于，所述过渡相包括WC-Co合金。
3.根据权利要求1所述的多级复合金属陶瓷，其特征在于，所述基体相包括WC-Co合金或WC-Ni3Al合金。
4.根据权利要求1所述的多级复合金属陶瓷，其特征在于，所述团粒总体在所述多级复合金属陶瓷中的体积分数为32～90％。
5.根据权利要求4所述的多级复合金属陶瓷，其特征在于，所述耐磨相在所述团粒中的体积分数为60～98％。
6.根据权利要求1所述的多级复合金属陶瓷，其特征在于，所述团粒的粒径为10～1000μm。
7.根据权利要求6所述的多级复合金属陶瓷，其特征在于，所述耐磨相的粒径为2～996μm；
所述过渡相的厚度为2～50μm。
8.一种多级复合金属陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
A)在耐磨相外层包覆n层过渡相，得到团粒，n≥1；
所述耐磨相包括W/Re-B-Ni3Al-SiC合金；
所述n层过渡相的硬度逐渐降低，接触耐磨相的过渡相层硬度最高；
B)将团粒与基体相混合，进行烧结，得到多级复合金属陶瓷，其中，若干团粒分布于基体相内部。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为500～1800℃；
所述烧结中的保温时间为0.05～3小时。
10.一种盾构刀具，包括权利要求1～7任意一项所述的多级复合金属陶瓷或权利要求8～9任意一项所述的制备方法制得的多级复合金属陶瓷。
CN201610395186.4A 2016-06-03 2016-06-03 以W/Re-B-Ni3Al-SiC合金为耐磨相的复合金属陶瓷及其制备方法与应用 Active CN105817619B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610395186.4A CN105817619B (zh) 2016-06-03 2016-06-03 以W/Re-B-Ni3Al-SiC合金为耐磨相的复合金属陶瓷及其制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610395186.4A CN105817619B (zh) 2016-06-03 2016-06-03 以W/Re-B-Ni3Al-SiC合金为耐磨相的复合金属陶瓷及其制备方法与应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105817619A true CN105817619A (zh) 2016-08-03
CN105817619B CN105817619B (zh) 2018-10-09

Family

ID=56531909

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610395186.4A Active CN105817619B (zh) 2016-06-03 2016-06-03 以W/Re-B-Ni3Al-SiC合金为耐磨相的复合金属陶瓷及其制备方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105817619B (zh)

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106216662A (zh) * 2016-09-18 2016-12-14 广东工业大学 一种金属陶瓷颗粒及其制备方法与应用
CN106216663A (zh) * 2016-09-18 2016-12-14 广东工业大学 一种金属陶瓷颗粒及其制备方法应用
CN106270492A (zh) * 2016-09-18 2017-01-04 广东工业大学 一种复合金属陶瓷及其制备方法与应用
CN106270491A (zh) * 2016-09-18 2017-01-04 广东工业大学 一种金属陶瓷颗粒及其制备方法与应用
CN106312048A (zh) * 2016-09-18 2017-01-11 广东工业大学 一种金属陶瓷颗粒及其制备方法与应用
CN106345995A (zh) * 2016-09-18 2017-01-25 广东工业大学 一种复合金属陶瓷及其制备方法与应用
CN106345996A (zh) * 2016-09-18 2017-01-25 广东工业大学 一种复合金属陶瓷及其制备方法与应用
CN106346004A (zh) * 2016-09-18 2017-01-25 广东工业大学 一种硬质合金及其制备方法
CN106392081A (zh) * 2016-09-18 2017-02-15 广东工业大学 一种表层富含陶瓷相的硬质合金及其制备方法
CN106735217A (zh) * 2017-01-04 2017-05-31 东莞宜安科技股份有限公司 一种复合金属陶瓷的制备方法及其应用
CN106903319A (zh) * 2017-02-20 2017-06-30 歌尔股份有限公司 一种多层球形材料及其制备方法
CN108517475A (zh) * 2018-04-28 2018-09-11 陕西省机械研究院 一种煤化工浆料输出用合金喷嘴的制备方法
CN110267759A (zh) * 2017-02-06 2019-09-20 加利福尼亚大学董事会 四硼化钨复合基质和其用途
CN111270121A (zh) * 2020-03-27 2020-06-12 赣州有色冶金研究所 一种网状结构硬质合金的制备方法和应用

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060131081A1 (en) * 2004-12-16 2006-06-22 Tdy Industries, Inc. Cemented carbide inserts for earth-boring bits
CN1847442A (zh) * 2005-03-29 2006-10-18 日立粉末冶金株式会社 耐磨损性烧结部件及其制造方法
JP2006291300A (ja) * 2005-04-12 2006-10-26 Hitachi Powdered Metals Co Ltd 耐摩耗性焼結合金およびその製造方法
JP2006307331A (ja) * 2005-03-29 2006-11-09 Hitachi Powdered Metals Co Ltd 耐摩耗性焼結部材およびその製造方法
CN100569421C (zh) * 2005-06-14 2009-12-16 日本特殊陶业株式会社 金属陶瓷制刀片及切削工具
CN101787479A (zh) * 2010-01-26 2010-07-28 株洲硬质合金集团有限公司 网状结构硬质合金及其制备方法
CN103796778A (zh) * 2011-09-12 2014-05-14 三菱综合材料株式会社 立方晶氮化硼基烧结材料制切削工具

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060131081A1 (en) * 2004-12-16 2006-06-22 Tdy Industries, Inc. Cemented carbide inserts for earth-boring bits
CN1847442A (zh) * 2005-03-29 2006-10-18 日立粉末冶金株式会社 耐磨损性烧结部件及其制造方法
JP2006307331A (ja) * 2005-03-29 2006-11-09 Hitachi Powdered Metals Co Ltd 耐摩耗性焼結部材およびその製造方法
JP2006291300A (ja) * 2005-04-12 2006-10-26 Hitachi Powdered Metals Co Ltd 耐摩耗性焼結合金およびその製造方法
CN100569421C (zh) * 2005-06-14 2009-12-16 日本特殊陶业株式会社 金属陶瓷制刀片及切削工具
CN101787479A (zh) * 2010-01-26 2010-07-28 株洲硬质合金集团有限公司 网状结构硬质合金及其制备方法
CN103796778A (zh) * 2011-09-12 2014-05-14 三菱综合材料株式会社 立方晶氮化硼基烧结材料制切削工具

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
佘晓林: ""Ti（C,N）基金属陶瓷的强韧化工艺及性能"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技I辑》 *

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106392081A (zh) * 2016-09-18 2017-02-15 广东工业大学 一种表层富含陶瓷相的硬质合金及其制备方法
CN106392081B (zh) * 2016-09-18 2019-02-22 广东工业大学 一种表层富含陶瓷相的硬质合金及其制备方法
CN106216662A (zh) * 2016-09-18 2016-12-14 广东工业大学 一种金属陶瓷颗粒及其制备方法与应用
CN106270491A (zh) * 2016-09-18 2017-01-04 广东工业大学 一种金属陶瓷颗粒及其制备方法与应用
CN106312048A (zh) * 2016-09-18 2017-01-11 广东工业大学 一种金属陶瓷颗粒及其制备方法与应用
CN106345995A (zh) * 2016-09-18 2017-01-25 广东工业大学 一种复合金属陶瓷及其制备方法与应用
CN106345996A (zh) * 2016-09-18 2017-01-25 广东工业大学 一种复合金属陶瓷及其制备方法与应用
CN106346004A (zh) * 2016-09-18 2017-01-25 广东工业大学 一种硬质合金及其制备方法
CN106270492A (zh) * 2016-09-18 2017-01-04 广东工业大学 一种复合金属陶瓷及其制备方法与应用
CN106216663A (zh) * 2016-09-18 2016-12-14 广东工业大学 一种金属陶瓷颗粒及其制备方法应用
CN106346004B (zh) * 2016-09-18 2018-10-19 广东工业大学 一种高耐磨性与高韧性的硬质合金及其制备方法
CN106735217A (zh) * 2017-01-04 2017-05-31 东莞宜安科技股份有限公司 一种复合金属陶瓷的制备方法及其应用
US11920223B2 (en) 2017-02-06 2024-03-05 The Regents Of The University Of California Tungsten tetraboride composite matrix and uses thereof
CN110267759A (zh) * 2017-02-06 2019-09-20 加利福尼亚大学董事会 四硼化钨复合基质和其用途
JP2020509219A (ja) * 2017-02-06 2020-03-26 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア 四ホウ化タングステン複合マトリックス及びその使用
CN106903319A (zh) * 2017-02-20 2017-06-30 歌尔股份有限公司 一种多层球形材料及其制备方法
CN108517475A (zh) * 2018-04-28 2018-09-11 陕西省机械研究院 一种煤化工浆料输出用合金喷嘴的制备方法
CN111270121A (zh) * 2020-03-27 2020-06-12 赣州有色冶金研究所 一种网状结构硬质合金的制备方法和应用
CN111270121B (zh) * 2020-03-27 2021-01-05 赣州有色冶金研究所 一种网状结构硬质合金的制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN105817619B (zh) 2018-10-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105817619A (zh) 一种多级复合金属陶瓷、其制备方法及盾构刀具
JP3309897B2 (ja) 超硬質複合部材およびその製造方法
CA2662996C (en) Matrix powder for matrix body fixed cutter bits
CN102703790B (zh) 一种梯度钴含量烧结碳化钨合金材料
EP2612719B1 (en) Cubic boron nitride sintered compact tool
CN106011579B (zh) 一种多级复合金属陶瓷、其制备方法及盾构刀具
CN106001561B (zh) 一种多级复合金属陶瓷、其制备方法及盾构刀具
CN102046564A (zh) 碳化硼复合材料
KR102358312B1 (ko) 소결된 다결정성 입방정 질화 붕소 물질
CN103484744B (zh) 一种氧化铝基金属陶瓷喷嘴材料及其制备方法
CN110655404A (zh) 一种钛碳化硅基复合陶瓷材料及其制备工艺
CN110735075A (zh) 一种高耐磨wc基硬质合金的制备方法
CN105296834B (zh) 一种高硬度、高韧性硬质合金及其制备方法
CN106001550A (zh) 一种多级复合金属陶瓷、其制备方法及盾构刀具
WO2019087097A2 (en) Wear resistant layer
CN103949647B (zh) 一种自扩散梯度功能复合刀具材料及其制备方法
CN108754273A (zh) 一种抗冲蚀pdc胎体钻头的制备方法
CN105543609B (zh) 一种含锆的碳化硼基复合材料及其制备方法
CN106011580B (zh) 一种多级复合金属陶瓷、其制备方法及盾构刀具
CN102899547A (zh) 一种添加立方氮化硼的金刚石绳锯串珠切削磨料制作方法
CN106467402B (zh) 矿山掘进机用双连续相金属/陶瓷复合截齿的制造方法
CN109811235A (zh) 一种高耐磨硬质合金材料及其制备方法与应用
KR20200045462A (ko) 복합 소결체
JPH10310838A (ja) 超硬質複合部材およびその製造方法
CN106367652A (zh) 一种硬质合金颗粒及其制备方法和硬质合金及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20201130

Address after: Room b614, block B, Nanhai industrial think tank City Phase I, Taoyuan Road, Shishan town, Nanhai District, Foshan City, Guangdong Province

Patentee after: Guangdong Metalware 3D Technology Co., Ltd

Address before: 510006 No. 100 West Ring Road, University of Guangdong, Guangzhou

Patentee before: GUANGDONG University OF TECHNOLOGY

CP02 Change in the address of a patent holder
CP02 Change in the address of a patent holder

Address after: 528216 building C2-3, No. 8, Lizhong Road, Danzao logistics center, Danzao Town, Nanhai District, Foshan City, Guangdong Province (residence declaration)

Patentee after: Guangdong Metalware 3D Technology Co.,Ltd.

Address before: 528225 room b614, block B, phase I, Nanhai industrial think tank City, Taoyuan Road, software park, Shishan town, Nanhai District, Foshan City, Guangdong Province

Patentee before: Guangdong Metalware 3D Technology Co.,Ltd.