CN106868373B - 一种高强度TiC0．7N0．3-HfN材料及制备方法 - Google Patents

一种高强度TiC0．7N0．3-HfN材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及高强度陶瓷刀具领域，具体为一种高强度TiC0.7N0.3‑HfN材料及制备方法，解决了现有TiCN基陶瓷材料复合时存在力学性能降低、工艺复杂且不利于产业化的问题。一种高强度TiC0.7N0.3‑HfN材料，是由如下质量百分比的原料组成：TiC0.7N0.3 59%‑77%，HfN 12%‑30%，Ni 2%‑8%，Mo 3%‑9%。本发明采用多元复合的方法，大大提高了材料的综合力学性能，硬度介于20GPa‑25GPa，抗弯曲强度介于1590MPa‑1790MPa，断裂韧度介于8.0 MPa·m1/2‑10.0MPa·m1/2，而且利用真空热压烧结法，工艺简化，成本低，利于产业化生产，适合于切削加工难加工材料。

Description

一种高强度TiC0．7N0．3-HfN材料及制备方法
技术领域
本发明涉及高强度陶瓷刀具领域，具体为一种高强度TiC0.7N0.3-HfN材料及其制备方法。
背景技术
多元复合的方法可以提高TiCN（碳氮化钛）基金属陶瓷材料的烧结性能，降低其的烧结温度，使其在较低的温度下可以达到致密化，并且适当的材料组分、晶粒生长抑制剂和烧结工艺可以使晶粒细化，进而提高材料的力学性能。TiCN基金属陶瓷具有高硬度（一般可达91～93.5HRA）、化学稳定性好、高的抗氧化能力、较高的耐热性，具有接近非金属陶瓷的硬度和耐热性，且其抗弯强度比非金属陶瓷高，而被用来制作高速精加工、半精加工、粗加工和间断切削用的刀具材料。
目前通过向基体TiCN中加入添加相，采用多元复合的方法来提高材料的综合性能，虽然大多数提高了材料的抗弯强度及断裂韧度，但材料的抗弯强度并没有大幅度的提高，制约着其复合材料的广泛应用。
TiCN基金属陶瓷一般采用真空烧结工艺制备，在保证材料实现致密化的条件下尽量减少烧结时间，以制备出晶粒细小、性能优异的材料。另外传统制备工艺存在制备设备与工艺复杂，成本高，不利于产业化等不足之处。
发明内容
本发明为了解决现有TiCN基陶瓷材料复合时存在力学性能降低、工艺复杂且不利于产业化的问题，提供了一种热压烧结高强度TiC0.7N0.3-HfN材料及制备方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：一种高强度TiC0.7N0.3-HfN材料，是由如下质量百分比的原料组成：TiC0.7N0.3 59%-77%，HfN 12%-30%，Ni 2%-8%，Mo 3%-9%。
制得的高强度TiC0.7N0.3-HfN材料的纯度高，TiC0.7N0.3与HfN及金属相形成固溶体，提高了材料的综合力学性能，TiC0.7N0.3-HfN材料的硬度介于20GPa-25GPa，抗弯曲强度介于1590MPa-1790MPa，断裂韧度介于8.0 MPa·m1/2-10.0MPa·m1/2，克服了现有TiCN基陶瓷材料复合时存在力学性能降低的问题。
一种高强度TiC0.7N0.3-HfN材料的制备方法，采用如下步骤：a、将各原料的混合粉末装入卧式罐磨球磨机中，用硬质合金球球磨后过筛；b、将过筛后的原料装入上下封闭的石墨容器，再放入高温烧结炉内；c、在升温速率10℃/min、压力30MPa、烧结温度1435℃-1630℃的条件下保温10min-55min，得到高强度TiC0.7N0.3-HfN材料。
采用真空热压烧结法，在合适的升温速率、压力、生长温度和保温时间下，合成高强度TiC0.7N0.3-HfN材料，克服了现有TiCN基陶瓷材料复合时存在工艺复杂且不利于产业化的问题。
本发明采用多元复合的方法，大大提高了材料的综合力学性能，硬度介于20GPa-25GPa，抗弯曲强度介于1590MPa-1790MPa，断裂韧度介于8.0 MPa·m1/2-10.0MPa·m1/2，而且利用真空热压烧结法，工艺简化，成本低，利于产业化生产，适合于切削加工难加工材料。
附图说明
图1为本发明的扫描电镜图。
由图可见，添加相HfN以固溶的方式存在于基体材料中，HfN与金属和基体形成的固溶相有利于提高材料的综合力学性能。
具体实施方式
实施例1
一种高强度TiC0.7N0.3-HfN材料，是由如下质量百分比的原料组成：TiC0.7N0.3 77%，HfN 12%，Ni 2%，Mo 9%。
一种高强度TiC0.7N0.3-HfN材料的制备方法，采用如下步骤：a、将各原料的混合粉末装入卧式罐磨球磨机中，用硬质合金球球磨后过筛；b、将过筛后的原料装入上下封闭的石墨容器，再放入高温烧结炉内；c、在升温速率10℃/min、压力30MPa、烧结温度1435℃的条件下保温25min，得到高强度TiC0.7N0.3-HfN材料。
实施例2
一种高强度TiC0.7N0.3-HfN材料，是由如下质量百分比的原料组成：TiC0.7N0.3 71%，HfN 18%，Ni 8%，Mo 3%。
一种高强度TiC0.7N0.3-HfN材料的制备方法，采用如下步骤：a、将各原料的混合粉末装入卧式罐磨球磨机中，用硬质合金球球磨后过筛；b、将过筛后的原料装入上下封闭的石墨容器，再放入高温烧结炉内；c、在升温速率10℃/min、压力30MPa、烧结温度1500℃的条件下保温10min，得到高强度TiC0.7N0.3-HfN材料。
实施例3
一种高强度TiC0.7N0.3-HfN材料，是由如下质量百分比的原料组成：TiC0.7N0.3 65%，HfN 24%，Ni 5%，Mo 6%。
一种高强度TiC0.7N0.3-HfN材料的制备方法，采用如下步骤：a、将各原料的混合粉末装入卧式罐磨球磨机中，用硬质合金球球磨后过筛；b、将过筛后的原料装入上下封闭的石墨容器，再放入高温烧结炉内；c、在升温速率10℃/min、压力30MPa、烧结温度1565℃的条件下保温55min，得到高强度TiC0.7N0.3-HfN材料。
实施例4
一种高强度TiC0.7N0.3-HfN材料，是由如下质量百分比的原料组成：TiC0.7N0.3 59%，HfN 30%，Ni 4%，Mo 7%。
一种高强度TiC0.7N0.3-HfN材料的制备方法，采用如下步骤：a、将各原料的混合粉末装入卧式罐磨球磨机中，用硬质合金球球磨后过筛；b、将过筛后的原料装入上下封闭的石墨容器，再放入高温烧结炉内；c、在升温速率10℃/min、压力30MPa、烧结温度1630℃的条件下保温40min，得到高强度TiC0.7N0.3-HfN材料。

Claims (2)

1.一种高强度TiC0.7N0.3-HfN材料，其特征在于：是由如下质量百分比的原料组成：TiC0.7N0.3 59%-77%，HfN 12%-30%，Ni 2%-8%，Mo 3%-9%。
2.根据权利要求1所述的一种高强度TiC0.7N0.3-HfN材料的制备方法，其特征在于：采用如下步骤：a、将各原料的混合粉末装入卧式罐磨球磨机中，用硬质合金球球磨后过筛；b、将过筛后的原料装入上下封闭的石墨容器，再放入高温烧结炉内；c、在升温速率10℃/min、压力30MPa、烧结温度1435℃-1630℃的条件下保温10min-55min，得到一种高强度TiC0.7N0.3-HfN材料。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102864357A (zh) * 2012-09-24 2013-01-09 厦门理工学院 纳米碳化硼和氮化硼复合增强碳氮化钛基金属陶瓷材料及其制备工艺
CN104745908A (zh) * 2015-03-23 2015-07-01 山东大学 硼化钛复合碳化钛基金属陶瓷刀具材料的制备方法

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