CN106893914B - 一种TiC0.7N0.3-HfB2超硬材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高硬度陶瓷刀具领域，具体为一种TiC0.7N0.3‑HfB2超硬材料及制备方法，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TiC0.7N0.3‑HfB2超硬材料，是由如下质量百分比的原料组成：TiC0.7N0.3 66%‑82%，HfB2 10‑20%，Ni 4‑8%，Mo 2‑6%。本发明在保持材料复合后断裂韧度和抗弯强度提高的基础上，保证了材料的高硬度特性，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，适合于切削加工高硬度的材料。
Description
技术领域
本发明涉及高硬度陶瓷刀具领域，具体为一种TiC0.7N0.3-HfB2超硬材料及其制备方法。
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，但材料的硬度降低比较严重。
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TiC0.7N0.3-HfB2超硬材料及制备方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：一种TiC0.7N0.3-HfB2超硬材料，是由如下质量百分比的原料组成：TiC0.7N0.3 66%-82%，HfB2 10%-20%，Ni 4%-8%，Mo 2%-6%。
制得的TiC0.7N0.3-HfB2超硬材料的纯度高，TiC0.7N0.3晶粒分布均匀，TiC0.7N0.3晶粒的尺寸介于3mm-5mm，HfB2以颗粒弥散的形式分布在TiC0.7N0.3基体中，TiC0.7N0.3-HfB2材料的硬度介于22GPa-25GPa，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TiC0.7N0.3-HfB2超硬材料的制备方法，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1550℃-1750℃的条件下保温15min-45min，得到TiC0.7N0.3-HfB2超硬材料。
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TiC0.7N0.3-HfB2超硬材料，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。
本发明在保持材料复合后断裂韧度(介于6.12~7.86 MPa·m½)和抗弯强度(介于930.48~1210.22MPa)提高的基础上，保证了材料的高硬度(介于22~25GPa)特性，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，适合于切削加工高硬度的材料。
附图说明
图1为本发明的扫描电镜图。
由图可见，硬质添加相HfB2以固溶和颗粒弥散两种方式存在于基体材料中，细小弥散的HfB2颗粒以及其与金属和基体形成的固溶相有利于提高材料的硬度。
具体实施方式
实施例1
一种TiC0.7N0.3-HfB2超硬材料，是由如下质量百分比的原料组成：TiC0.7N0.3 77%，HfB2 15%，Ni 4%，Mo 4%。
一种TiC0.7N0.3-HfB2超硬材料的制备方法，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1550℃的条件下保温15min，得到TiC0.7N0.3-HfB2超硬材料。
实施例2
一种TiC0.7N0.3-HfB2超硬材料，是由如下质量百分比的原料组成：TiC0.7N0.3 82%，HfB2 10%，Ni 6%，Mo 2%。
一种TiC0.7N0.3-HfB2超硬材料的制备方法，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1650℃的条件下保温30min，得到TiC0.7N0.3-HfB2超硬材料。
实施例3
一种TiC0.7N0.3-HfB2超硬材料，是由如下质量百分比的原料组成：TiC0.7N0.3 66%，HfB2 20%，Ni 8%，Mo 6%。
一种TiC0.7N0.3-HfB2超硬材料的制备方法，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1750℃的条件下保温45min，得到TiC0.7N0.3-HfB2超硬材料。
Claims (2)
1.一种TiC0.7N0.3-HfB2超硬材料，其特征在于：是由如下质量百分比的原料组成：TiC0.7N0.3 66%-82%，HfB2 10%-20%，Ni 4%-8%，Mo 2%-6%，其中HfB2以颗粒弥散的形式分布在TiC0.7N0.3基体中。
2.根据权利要求1所述的一种TiC0.7N0.3-HfB2超硬材料的制备方法，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1550℃-1750℃的条件下保温15min-45min，得到TiC0.7N0.3-HfB2超硬材料。
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