CN108339975B - 一种金属陶瓷压制成型刀具原料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属陶瓷压制成型刀具的原料，包括以下重量份的各组分，金属陶瓷粉末和粘结剂，所述的金属陶瓷粉末94‑97份，粘结剂3‑6份。所述的金属陶瓷粉末的粒度为200目，振实密度3.3~3.6g/cm3。本发明的优点是：1.金属陶瓷性能：1)烧结后密度：6.0‑6.8 g/cm³，2)硬度：89‑93HRA，抗弯强度≥4000MPa，3）致密度＞99%。2．节约了制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属陶瓷压制成型刀具原料及其制备方法。
背景技术
Ti（C，N）金属陶瓷是一种新型的工具材料，具有密度低、室温硬度都优于WC基硬质合金，化学稳定性和抗氧化性好，耐磨性好等优点。其应用填补了WC硬质合金和陶瓷刀具之间高速精加工和半精加工的空白，既适用于高速精加工，又适用于半精加工和间断切削加工，且切削速度高，表面质量好，刀具寿命长。
现有金属陶瓷刀具制造工艺尚不成熟，刀具致密性、抗弯强度性能弱以及加工成本高一直是行业难题。本发明采用预烧结+压力烧结组合等方法。一方面提高了金属陶瓷刀具的致密性及抗弯强度，另一方面节约了全制程压力烧结带来的高制造成本。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种金属陶瓷压制成型刀具原料及其制备方法，本发明的技术方案是：
一种金属陶瓷压制成型刀具的原料，包括以下重量份的各组分，金属陶瓷粉末和粘结剂，所述的金属陶瓷粉末94-97份，粘结剂3-6份。
所述的金属陶瓷粉末的粒度为200目，振实密度3.3~3.6g/cm3。
所述的粘结剂包括以下重量百分比的各组分石蜡 65-75份，聚乙二醇25-35份，该聚乙二醇的数均分子量为4000。
所述的粘结剂包括以下重量百分比的各组分石蜡 70份，聚乙二醇30份。
一种利用金属陶瓷压制成型刀具原料制备刀具的方法，包括以下步骤：
S1、称重：按照配比称取各组分；
S2、球磨混合：将配比好的粘结剂在恒温水浴锅中加热30min至融化，温度65-75℃；将称重好的金属陶瓷粉末在隔绝空气的条件下预热到70-90℃；将融化后的粘结剂与预热好的金属陶瓷粉末一同加入行星式球磨机中混合，形成混合物，再倒入无水乙醇进行混合；无水乙醇与混合物的体积比为1:1-1:2；球磨机中球磨珠所占体积为无水乙醇和混合物总体积的1/3；球磨机转速：35-50r/min，时间：60-120min。
S3、烘干：将步骤S2中的物料在隔绝空气的条件下，用烘烤箱进行烘干，排除无水乙醇，烘烤温度70-100℃，烘干时间为2-5h；
S4、筛粒：用200目的筛网进行筛粒处理；
S5、压制成型：用刀具压制模具在干压机上对步骤S4中的物料进行干压成型，制得金属陶瓷干压坯体；
S6、热脱脂/预烧结：金属陶瓷干压坯体的热脱脂和预烧结在真空烧结炉中进行，该真空烧结炉的烧结前段为热脱脂，烧结后段为预烧结，热脱脂升温速度1-2℃/min，温度升至280-320℃时停止升温，持续加热3-5h；预烧结时间5-8h，其中，当预烧结的温度升至1300-1350℃时停止升温，保温0.5-1h，热脱脂与预烧结连续进行，即在真空炉中热脱脂状态完成后，进入预烧结状态。
S7、压力烧结：烧结时间10-15h，烧结压力：150-200Mpa，其中，当烧结温度达到1410℃-1450℃时停止升温,持续保温2-3h。
本发明的优点是：
1.金属陶瓷性能：1)烧结后密度：6.0-6.8 g/cm³，2)硬度：89-93HRA，抗弯强度≥4000MPa，3）致密度＞99%。
2．节约了制造成本。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1：
一种金属陶瓷压制成型刀具的原料，包括以下重量份的各组分，金属陶瓷粉末和粘结剂，所述的金属陶瓷粉末94份，粘结剂3份。
所述的金属陶瓷粉末的粒度为200目，振实密度3.3g/cm3。
所述的粘结剂包括以下重量百分比的各组分石蜡 65份，聚乙二醇25份，该聚乙二醇的数均分子量为4000。
利用金属陶瓷压制成型刀具原料制备刀具的方法，包括以下步骤：
S1、称重：按照配比称取各组分；
S2、球磨混合：将配比好的粘结剂在恒温水浴锅中加热30min至融化，温度65℃；将称重好的金属陶瓷粉末在隔绝空气的条件下预热到70℃；将融化后的粘结剂与预热好的金属陶瓷粉末一同加入行星式球磨机中混合，形成混合物，再倒入无水乙醇进行混合；无水乙醇与混合物的体积比为1:1；球磨机中球磨珠所占体积为无水乙醇和混合物总体积的1/3；球磨机转速：35r/min，时间：60min。
S3、烘干：将步骤S2中的物料在隔绝空气的条件下，用烘烤箱进行烘干，排除无水乙醇，烘烤温度70℃，烘干时间为2h；
S4、筛粒：用200目的筛网进行筛粒处理；
S5、压制成型：用刀具压制模具在干压机上对步骤S4中的物料进行干压成型，制得金属陶瓷干压坯体；
S6、热脱脂/预烧结：金属陶瓷干压坯体的热脱脂和预烧结在真空烧结炉中进行，该真空烧结炉的烧结前段为热脱脂，烧结后段为预烧结，热脱脂升温速度1℃/min，温度升至280℃时停止升温，持续加热3h；预烧结时间5h，其中，当预烧结的温度升至1300℃时停止升温，保温0.5h，热脱脂与预烧结连续进行，即在真空炉中热脱脂状态完成后，进入预烧结状态。
S7、压力烧结：烧结时间10h，烧结压力：150Mpa，其中，当烧结温度达到1410℃℃时停止升温,持续保温2h。
测得金属陶瓷刀具数据：1)烧结后密度：6.2g/cm³，2)硬度：94HRA，抗弯强度4200MPa，3）致密度99.5%。
实施例2：
一种金属陶瓷压制成型刀具的原料，包括以下重量份的各组分，金属陶瓷粉末和粘结剂，所述的金属陶瓷粉末95份，粘结剂5份。
所述的金属陶瓷粉末的粒度为200目，振实密度3.5g/cm3。所述的粘结剂包括以下重量百分比的各组分，石蜡 70份，聚乙二醇30份。该聚乙二醇的数均分子量为4000。
利用金属陶瓷压制成型刀具原料制备刀具的方法，包括以下步骤：
S1、称重：按照配比称取各组分；
S2、球磨混合：将配比好的粘结剂在恒温水浴锅中加热30min至融化，温度70℃；将称重好的金属陶瓷粉末在隔绝空气的条件下预热到80℃；将融化后的粘结剂与预热好的金属陶瓷粉末一同加入行星式球磨机中混合，形成混合物，再倒入无水乙醇进行混合；无水乙醇与混合物的体积比为1:1.5；球磨机中球磨珠所占体积为无水乙醇和混合物总体积的1/3；球磨机转速：45r/min，时间：80min。
S3、烘干：将步骤S2中的物料在隔绝空气的条件下，用烘烤箱进行烘干，排除无水乙醇，烘烤温度85℃，烘干时间为4h；
S4、筛粒：用200目的筛网进行筛粒处理；
S5、压制成型：用刀具压制模具在干压机上对步骤S4中的物料进行干压成型，制得金属陶瓷干压坯体；
S6、热脱脂/预烧结：金属陶瓷干压坯体的热脱脂和预烧结在真空烧结炉中进行，该真空烧结炉的烧结前段为热脱脂，烧结后段为预烧结，热脱脂升温速度2℃/min，温度升至320℃时停止升温，持续加热4h；预烧结时间6h，其中，当预烧结的温度升至1300℃时停止升温，保温0.8h，热脱脂与预烧结连续进行，即在真空炉中热脱脂状态完成后，进入预烧结状态。
S7、压力烧结：烧结时间13h，烧结压力：180Mpa，其中，当烧结温度达到1420℃时停止升温,持续保温2.5h。
该实施例测得金属陶瓷刀具数据：1)烧结后密度：6.5 g/cm³，2)硬度：92HRA，抗弯强度4000MPa，3）致密度99.8%。
实施例3：
一种金属陶瓷压制成型刀具的原料，包括以下重量份的各组分，金属陶瓷粉末和粘结剂，所述的金属陶瓷粉末97份，粘结剂6份。
所述的金属陶瓷粉末的粒度为200目，振实密度3.6g/cm3。
所述的粘结剂包括以下重量百分比的各组分，石蜡75份，聚乙二醇35份，该聚乙二醇的数均分子量为4000。
一种利用金属陶瓷压制成型刀具原料制备刀具的方法，包括以下步骤：
S1、称重：按照配比称取各组分；
S2、球磨混合：将配比好的粘结剂在恒温水浴锅中加热30min至融化，温度75℃；将称重好的金属陶瓷粉末在隔绝空气的条件下预热到90℃；将融化后的粘结剂与预热好的金属陶瓷粉末一同加入行星式球磨机中混合，形成混合物，再倒入无水乙醇进行混合；无水乙醇与混合物的体积比为1:2；球磨机中球磨珠所占体积为无水乙醇和混合物总体积的1/3；球磨机转速：50r/min，时间：120min。
S3、烘干：将步骤S2中的物料在隔绝空气的条件下，用烘烤箱进行烘干，排除无水乙醇，烘烤温度100℃，烘干时间为5h；
S4、筛粒：用200目的筛网进行筛粒处理；
S5、压制成型：用刀具压制模具在干压机上对步骤S4中的物料进行干压成型，制得金属陶瓷干压坯体；
S6、热脱脂/预烧结：金属陶瓷干压坯体的热脱脂和预烧结在真空烧结炉中进行，该真空烧结炉的烧结前段为热脱脂，烧结后段为预烧结，热脱脂升温速度2℃/min，温度升至320℃时停止升温，持续加热3-5h；预烧结时间8h，其中，当预烧结的温度升至1350℃时停止升温，保温1h，热脱脂与预烧结连续进行，即在真空炉中热脱脂状态完成后，进入预烧结状态。
S7、压力烧结：烧结时间15h，烧结压力：200Mpa，其中，当烧结温度达到1450℃时停止升温，持续保温3h。
该实施例测得金属陶瓷刀具数据：1)烧结后密度：6.5 g/cm³，2)硬度：93HRA，抗弯强度4300MPa，3）致密度99.4%。
Claims (4)
1.一种利用金属陶瓷压制成型刀具原料制备刀具的方法，该金属陶瓷压制成型刀具的原料包括以下重量份的各组分，金属陶瓷粉末和粘结剂，所述的金属陶瓷粉末94-97份，粘结剂3-6份；包括以下步骤：
S1、称重：按照配比称取各组分；
S2、球磨混合：将配比好的粘结剂在恒温水浴锅中加热30min至融化，温度65-75℃；将称重好的金属陶瓷粉末在隔绝空气的条件下预热到70-90℃；将融化后的粘结剂与预热好的金属陶瓷粉末一同加入行星式球磨机中混合，形成混合物，再倒入无水乙醇进行混合；无水乙醇与混合物的体积比为1:1-1:2；球磨机中球磨珠所占体积为无水乙醇和混合物总体积的1/3；球磨机转速：35-50r/min，时间：60-120min；
S3、烘干：将步骤S2中的物料在隔绝空气的条件下，用烘烤箱进行烘干，排除无水乙醇，烘烤温度70-100℃，烘干时间为2-5h；
S4、筛粒：用200目的筛网进行筛粒处理；
S5、压制成型：用刀具压制模具在干压机上对步骤S4中的物料进行干压成型，制得金属陶瓷干压坯体；
S6、热脱脂/预烧结：金属陶瓷干压坯体的热脱脂和预烧结在真空烧结炉中进行，该真空烧结炉的烧结前段为热脱脂，烧结后段为预烧结，热脱脂升温速度1-2℃/min，温度升至280-320℃时停止升温，持续加热3-5h；预烧结时间5-8h，其中，当预烧结的温度升至1300-1350℃时停止升温，保温0.5-1h，热脱脂与预烧结连续进行，即在真空炉中热脱脂状态完成后，进入预烧结状态；
S7、压力烧结：烧结时间10-15h，烧结压力：150-200M Pa，其中，当烧结温度达到1410℃-1450℃时停止升温,持续保温2-3h。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的金属陶瓷粉末的粒度为200目，振实密度3.3~3.6g/cm3。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的粘结剂包括以下重量百分比的各组分石蜡 65-75份，聚乙二醇25-35份，该聚乙二醇的数均分子量为4000。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的粘结剂包括以下重量百分比的各组分石蜡 70份，聚乙二醇30份。
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