CN109536811A - 一种Ti（CN）基TN18金属陶瓷及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Ti(CN)基TN18金属陶瓷及其制备工艺，包括Ti(CN)、TaC、WC、Ni、Mo和Co，其特征在于：上述原料的组分配比为，TiCN42～46％、TaC5～8％、Ni13～15％、Mo10～12％、WC20～22％、Co1～3％；制备工艺，包括如下步骤：步骤一，Ti(CN)粉末的制备；步骤二，制备原料的选取；步骤三，球磨混合及干燥处理；步骤四，高精度模压；步骤五，脱蜡及真空压力烧结；步骤六，性能尺寸检测及入库；其中在上述的步骤一中，将TiO2与C按照1：3的比例投放到密闭真空罐中进行升温处理，将真空泵的一端伸入到密闭真空罐内，将真空下升温的CO气体不断抽走，本发明，Ti(C,N)粉末制备具有单相结构，固溶度高，TN18金属陶瓷成分多元化，具有优异的抗塑性变形能力。

Description

一种Ti(CN)基TN18金属陶瓷及其制备工艺
技术领域
本发明涉及金属陶瓷技术领域，具体为一种Ti(CN)基TN18金属陶瓷 及其制备工艺。
背景技术
陶瓷是由一个或几个陶瓷相与金属或合金组成的复合材料，包括氧化物 —金属、碳化物—金属、氮化物—金属等等。在各种工具材料中，人们将TiC 基和Ti(C,N)基硬质合金称为金属陶瓷，以区别于WC基硬质合金。目前，硬 质合金主体材料仍然是稀缺金属W和Co，同时，Ti(CN)基金属陶瓷因其具有 稳定的高温强度、良好的摩擦性能和耐酸碱腐蚀性能，还应用于发动机的高 温部件、石化和化纤等多种行业和领域。金属陶瓷由于其成分的多元化以及 烧结过程中致密性差，因此制备高性能的金属陶瓷是一件非常困难的事情，现有技术中碳氮化钛固溶体粉末制备不具有单相结构，固溶度低，同时生产 的金属陶瓷抗塑性变形能力不好，因此，设计一种Ti(CN)基TN18金属陶 瓷及其制备工艺是很有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Ti(CN)基TN18金属陶瓷及其制备工艺， 以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种Ti(CN)基TN18金属陶瓷，包括Ti(CN)、TaC、WC、Ni、Mo和 Co，上述原料的组分配比为，TiCN42～46％、TaC5～8％、Ni 13～15％、Mo10～12％、 WC20～22％、Co1～3％。
一种Ti(CN)基TN18金属陶瓷的制备工艺，包括如下步骤：步骤一，Ti(CN)粉末的制备；步骤二，制备原料的选取；步骤三，球磨混合及干燥 处理；步骤四，高精度模压；步骤五，脱蜡及真空压力烧结；步骤六，性能 尺寸检测及入库；
其中在上述的步骤一中，将TiO2与C按照1：3的比例投放到密闭真空 罐中进行升温处理，将真空泵的一端伸入到密闭真空罐内，将真空下升温的 CO气体不断抽走，一小时后，停止真空泵抽气，并根据TiO2与N2按照2：1 的比例往密闭真空罐中注入N2，保温两小时后合成Ti(CN)粉末；
其中在上述的步骤二中，选取制备好的Ti(CN)粉末与TaC、WC、Ni、 Mo和Co作为制备TN18金属陶瓷的原料，按照TiCN42～46％、TaC5～8％、 Ni13～15％、Mo10～12％、WC20～22％、Co1～3％的比例称量；
其中在上述的步骤三中，将称量好的原料混合均匀后放置在球磨桶中， 加入1.4升硬质合金球，加入2％的无水乙醇，进行球磨处理，将球磨结束后 的原料放置在100目筛网过筛并沉淀，将沉淀料放置在干燥箱内，在80℃下 保温2小时；
其中在上述的步骤四中，将干燥后的粉末放入模具内，在200MPa压力下 模压成型；
其中在上述的步骤五中，脱出蜡模，将成型后的坯体放在真空烧结炉中 进行高温烧结，烧结温度由室温升高至1430～1460℃，压力为4～5MPa，烧结1 小时，随炉冷却，得到TN18金属陶瓷；
其中在上述的步骤六中，将制备的试样进行喷砂处理，进行物理机械性 能检测和金相观察，将制备的型号为203的刀片进行切削实验，每种刀片切 削2次，以相同切削条件后刀面平均磨损高度衡量刀片的使用性能，对检测 合格后的TN18金属陶瓷入库。
根据上述技术方案，所述Ti(CN)、TaC、WC、Ni、Mo、Co的组分配比 分别取：Ti(CN)44％、TaC8％、WC20％、Ni15％、Mo10％、Co3％。
根据上述技术方案，所述步骤一中，密闭真空罐内温度为1700℃～1900℃。
根据上述技术方案，所述步骤三中，球磨时间为30小时，球磨转速为 200r/min。
根据上述技术方案，所述步骤三中，球磨结束后的原料沉淀时间为1小 时。
根据上述技术方案，所述步骤四中，对模具内坯体的保压时间为1分钟。
根据上述技术方案，所述步骤一中，TiO2与C混合物在真空下升温，在 较低的温度下发生以下反应：
TiO2+3C＝TiC+2CO↑
充入N2，发生以下反应：
TiO2+2C+1/2N2＝TiN+2CO↑
TiC+TiN→Ti(C,N)。
根据上述技术方案，所述步骤三中，得到的Ti(CN)粉末经球磨后制得 超细的Ti(CN)粉末，粉末颗粒由初始的2.1um经球磨后细化为0.4um。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明，由于碳化和氮化是分 阶段下进行的，因此避免了颗粒的长大，可制备得到均匀、细小、合适的C/N 比、Fsss粒度小于1.5μm的Ti(C,N)粉末，Ti(C,N)粉末制备具有单相结构， 固溶度高，TN18金属陶瓷成分多元化，具有优异的抗塑性变形能力，适用于 钢、铸钢的铣削加工和半精加工，是数控车床上铣削钢材和铸钢的理想牌号。
附图说明
图1是本发明的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：
实施例1：一种Ti(CN)基TN18金属陶瓷，包括Ti(CN)、TaC、WC、 Ni、Mo和Co，上述原料的组分配比为，Ti(CN)44％、TaC8％、WC20％、Ni 15％、 Mo10％、Co3％。
一种Ti(CN)基TN18金属陶瓷的制备工艺，包括如下步骤：步骤一， Ti(CN)粉末的制备；步骤二，制备原料的选取；步骤三，球磨混合及干燥 处理；步骤四，高精度模压；步骤五，脱蜡及真空压力烧结；步骤六，性能 尺寸检测及入库；
其中在上述的步骤一中，将TiO2与C按照1：3的比例投放到密闭真空 罐中进行升温处理，将真空泵的一端伸入到密闭真空罐内，将真空下升温的 CO气体不断抽走，一小时后，停止真空泵抽气，并根据TiO2与N2按照2：1 的比例往密闭真空罐中注入N2，保温两小时后合成Ti(CN)粉末；
其中在上述的步骤二中，选取制备好的Ti(CN)粉末与TaC、WC、Ni、 Mo和Co作为制备TN18金属陶瓷的原料，按照Ti(CN)44％、TaC8％、WC20％、 Ni15％、Mo10％、Co3％的比例称量；
其中在上述的步骤三中，将称量好的原料混合均匀后放置在球磨桶中， 加入1.4升硬质合金球，加入2％的无水乙醇，进行球磨处理，将球磨结束后 的原料放置在100目筛网过筛并沉淀，将沉淀料放置在干燥箱内，在80℃下 保温2小时；
其中在上述的步骤四中，将干燥后的粉末放入模具内，在200MPa压力下 模压成型；
其中在上述的步骤五中，脱出蜡模，将成型后的坯体放在真空烧结炉中 进行高温烧结，烧结温度由室温升高至1430～1460℃，压力为4～5MPa，烧结1 小时，随炉冷却，得到TN18金属陶瓷；
其中在上述的步骤六中，将制备的试样进行喷砂处理，进行物理机械性 能检测和金相观察，将制备的型号为203的刀片进行切削实验，每种刀片切 削2次，以相同切削条件后刀面平均磨损高度衡量刀片的使用性能，对检测 合格后的TN18金属陶瓷入库。
根据上述技术方案，步骤一中，密闭真空罐内温度为1700℃～1900℃。
根据上述技术方案，步骤三中，球磨时间为30小时，球磨转速为200r/min。
根据上述技术方案，步骤三中，球磨结束后的原料沉淀时间为1小时。
根据上述技术方案，步骤四中，对模具内坯体的保压时间为1分钟。
根据上述技术方案，步骤一中，TiO2与C混合物在真空下升温，在较低 的温度下发生以下反应：
TiO2+3C＝TiC+2CO↑
充入N2，发生以下反应：
TiO2+2C+1/2N2＝TiN+2CO↑
TiC+TiN→Ti(C,N)。
根据上述技术方案，步骤三中，得到的Ti(CN)粉末经球磨后制得超细 的Ti(CN)粉末，粉末颗粒由初始的2.1um经球磨后细化为0.4um。
实施例2：一种Ti(CN)基TN18金属陶瓷，包括Ti(CN)、TaC、WC、 Ni、Mo和Co，上述原料的组分配比为，Ti(CN)46％、TaC8％、WC20％、Ni 15％、 Mo10％、Co1％。
一种Ti(CN)基TN18金属陶瓷的制备工艺，包括如下步骤：步骤一， Ti(CN)粉末的制备；步骤二，制备原料的选取；步骤三，球磨混合及干燥 处理；步骤四，高精度模压；步骤五，脱蜡及真空压力烧结；步骤六，性能 尺寸检测及入库；
其中在上述的步骤一中，将TiO2与C按照1：3的比例投放到密闭真空 罐中进行升温处理，将真空泵的一端伸入到密闭真空罐内，将真空下升温的CO气体不断抽走，一小时后，停止真空泵抽气，并根据TiO2与N2按照2：1 的比例往密闭真空罐中注入N2，保温两小时后合成Ti(CN)粉末；
其中在上述的步骤二中，选取制备好的Ti(CN)粉末与TaC、WC、Ni、 Mo和Co作为制备TN18金属陶瓷的原料，按照Ti(CN)46％、TaC8％、WC20％、 Ni15％、Mo10％、Co1％的比例称量；
其中在上述的步骤三中，将称量好的原料混合均匀后放置在球磨桶中， 加入1.4升硬质合金球，加入2％的无水乙醇，进行球磨处理，将球磨结束后 的原料放置在100目筛网过筛并沉淀，将沉淀料放置在干燥箱内，在80℃下 保温2小时；
其中在上述的步骤四中，将干燥后的粉末放入模具内，在200MPa压力下 模压成型；
其中在上述的步骤五中，脱出蜡模，将成型后的坯体放在真空烧结炉中 进行高温烧结，烧结温度由室温升高至1430～1460℃，压力为4～5MPa，烧结1 小时，随炉冷却，得到TN18金属陶瓷；
其中在上述的步骤六中，将制备的试样进行喷砂处理，进行物理机械性 能检测和金相观察，将制备的型号为203的刀片进行切削实验，每种刀片切 削2次，以相同切削条件后刀面平均磨损高度衡量刀片的使用性能，对检测 合格后的TN18金属陶瓷入库。
根据上述技术方案，步骤一中，密闭真空罐内温度为1700℃～1900℃。
根据上述技术方案，步骤三中，球磨时间为30小时，球磨转速为200r/min。
根据上述技术方案，步骤三中，球磨结束后的原料沉淀时间为1小时。
根据上述技术方案，步骤四中，对模具内坯体的保压时间为1分钟。
根据上述技术方案，步骤一中，TiO2与C混合物在真空下升温，在较低 的温度下发生以下反应：
TiO2+3C＝TiC+2CO↑
充入N2，发生以下反应：
TiO2+2C+1/2N2＝TiN+2CO↑
TiC+TiN→Ti(C,N)。
根据上述技术方案，步骤三中，得到的Ti(CN)粉末经球磨后制得超细 的Ti(CN)粉末，粉末颗粒由初始的2.1um经球磨后细化为0.4um。
实施例3：一种Ti(CN)基TN18金属陶瓷，包括Ti(CN)、TaC、WC、 Ni、Mo和Co，上述原料的组分配比为，Ti(CN)44％、TaC8％、WC20％、Ni 15％、 Mo12％、Co1％。
一种Ti(CN)基TN18金属陶瓷的制备工艺，包括如下步骤：步骤一， Ti(CN)粉末的制备；步骤二，制备原料的选取；步骤三，球磨混合及干燥 处理；步骤四，高精度模压；步骤五，脱蜡及真空压力烧结；步骤六，性能 尺寸检测及入库；
其中在上述的步骤一中，将TiO2与C按照1：3的比例投放到密闭真空 罐中进行升温处理，将真空泵的一端伸入到密闭真空罐内，将真空下升温的 CO气体不断抽走，一小时后，停止真空泵抽气，并根据TiO2与N2按照2：1 的比例往密闭真空罐中注入N2，保温两小时后合成Ti(CN)粉末；
其中在上述的步骤二中，选取制备好的Ti(CN)粉末与TaC、WC、Ni、 Mo和Co作为制备TN18金属陶瓷的原料，按照Ti(CN)44％、TaC8％、WC20％、 Ni15％、Mo12％、Co1％的比例称量；
其中在上述的步骤三中，将称量好的原料混合均匀后放置在球磨桶中， 加入1.4升硬质合金球，加入2％的无水乙醇，进行球磨处理，将球磨结束后 的原料放置在100目筛网过筛并沉淀，将沉淀料放置在干燥箱内，在80℃下 保温2小时；
其中在上述的步骤四中，将干燥后的粉末放入模具内，在200MPa压力下 模压成型；
其中在上述的步骤五中，脱出蜡模，将成型后的坯体放在真空烧结炉中 进行高温烧结，烧结温度由室温升高至1430～1460℃，压力为4～5MPa，烧结1 小时，随炉冷却，得到TN18金属陶瓷；
其中在上述的步骤六中，将制备的试样进行喷砂处理，进行物理机械性 能检测和金相观察，将制备的型号为203的刀片进行切削实验，每种刀片切 削2次，以相同切削条件后刀面平均磨损高度衡量刀片的使用性能，对检测 合格后的TN18金属陶瓷入库。
根据上述技术方案，步骤一中，密闭真空罐内温度为1700℃～1900℃。
根据上述技术方案，步骤三中，球磨时间为30小时，球磨转速为200r/min。
根据上述技术方案，步骤三中，球磨结束后的原料沉淀时间为1小时。
根据上述技术方案，步骤四中，对模具内坯体的保压时间为1分钟。
根据上述技术方案，步骤一中，TiO2与C混合物在真空下升温，在较低 的温度下发生以下反应：
TiO2+3C＝TiC+2CO↑
充入N2，发生以下反应：
TiO2+2C+1/2N2＝TiN+2CO↑
TiC+TiN→Ti(C,N)。
根据上述技术方案，步骤三中，得到的Ti(CN)粉末经球磨后制得超细 的Ti(CN)粉末，粉末颗粒由初始的2.1um经球磨后细化为0.4um。
将实施例1，2，3中制得的金属陶瓷进行物理性能检测，得到下表：
基于上述，本发明的优点在于，本发明，将TiO2与C按照1：3的比例 投放到密闭真空罐中进行升温处理，将真空泵的一端伸入到密闭真空罐内， 将真空下升温的CO气体不断抽走，一小时后，停止真空泵抽气，并根据TiO2 与N2按照2：1的比例往密闭真空罐中注入N2，保温两小时后合成Ti(CN) 粉末；选取制备好的Ti(CN)粉末与TaC、WC、Ni、Mo和Co作为制备TN18 金属陶瓷的原料，按照比例称量；将称量好的原料混合均匀后放置在球磨桶 中，加入1.4升硬质合金球，加入2％的无水乙醇，进行球磨处理，将球磨结 束后的原料放置在100目筛网过筛并沉淀，将沉淀料放置在干燥箱内，在80℃ 下保温2小时；将干燥后的粉末放入模具内，在200MPa压力下模压成型； 脱出蜡模，将成型后的坯体放在真空烧结炉中进行高温烧结，烧结温度由室 温升高至1430～1460℃，压力为4～5MPa，烧结1小时，随炉冷却，得到TN18 金属陶瓷；将制备的试样进行喷砂处理，进行物理机械性能检测和金相观察， 将制备的型号为203的刀片进行切削实验，每种刀片切削2次，以相同切削 条件后刀面平均磨损高度衡量刀片的使用性能，对检测合格后的TN18金属陶 瓷入库；本发明，由于碳化和氮化是分阶段下进行的，因此避免了颗粒的长 大，可制备得到均匀、细小、合适的C/N比、Fsss粒度小于1.5μm的Ti(C,N) 粉末，Ti(C,N)粉末制备具有单相结构，固溶度高，TN18金属陶瓷成分多元化， 具有优异的抗塑性变形能力，适用于钢、铸钢的铣削加工和半精加工，是数 控车床上铣削钢材和铸钢的理想牌号。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来 将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示 这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、 “包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系 列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明 确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有 的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而 言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行 多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限 定。

Claims (9)

1.一种Ti(CN)基TN18金属陶瓷，包括Ti(CN)、TaC、WC、Ni、Mo和Co，其特征在于：上述原料的组分配比为，TiCN42～46％、TaC5～8％、Ni13～15％、Mo10～12％、WC20～22％、Co1～3％。
2.一种Ti(CN)基TN18金属陶瓷的制备工艺，包括如下步骤：步骤一，Ti(CN)粉末的制备；步骤二，制备原料的选取；步骤三，球磨混合及干燥处理；步骤四，高精度模压；步骤五，脱蜡及真空压力烧结；步骤六，性能尺寸检测及入库；其特征在于：
其中在上述的步骤一中，将TiO2与C按照1：3的比例投放到密闭真空罐中进行升温处理，将真空泵的一端伸入到密闭真空罐内，将真空下升温的CO气体不断抽走，一小时后，停止真空泵抽气，并根据TiO2与N2按照2：1的比例往密闭真空罐中注入N2，保温两小时后合成Ti(CN)粉末；
其中在上述的步骤二中，选取制备好的Ti(CN)粉末与TaC、WC、Ni、Mo和Co作为制备TN18金属陶瓷的原料，按照TiCN42～46％、TaC5～8％、Ni13～15％、Mo10～12％、WC20～22％、Co1～3％的比例称量；
其中在上述的步骤三中，将称量好的原料混合均匀后放置在球磨桶中，加入1.4升硬质合金球，加入2％的无水乙醇，进行球磨处理，将球磨结束后的原料放置在100目筛网过筛并沉淀，将沉淀料放置在干燥箱内，在80℃下保温2小时；
其中在上述的步骤四中，将干燥后的粉末放入模具内，在200MPa压力下模压成型；
其中在上述的步骤五中，脱出蜡模，将成型后的坯体放在真空烧结炉中进行高温烧结，烧结温度由室温升高至1430～1460℃，压力为4～5MPa，烧结1小时，随炉冷却，得到TN18金属陶瓷；
其中在上述的步骤六中，将制备的试样进行喷砂处理，进行物理机械性能检测和金相观察，将制备的型号为203的刀片进行切削实验，每种刀片切削2次，以相同切削条件后刀面平均磨损高度衡量刀片的使用性能，对检测合格后的TN18金属陶瓷入库。
3.根据权利要求1所述的一种Ti(CN)基TN18金属陶瓷，其特征在于：所述Ti(CN)、TaC、WC、Ni、Mo、Co的组分配比分别取：Ti(CN)44％、TaC8％、WC20％、Ni15％、Mo10％、Co3％。
4.根据权利要求2所述的一种Ti(CN)基TN18金属陶瓷的制备工艺，其特征在于：所述步骤一中，密闭真空罐内温度为1700℃～1900℃。
5.根据权利要求2所述的一种Ti(CN)基TN18金属陶瓷的制备工艺，其特征在于：所述步骤三中，球磨时间为30小时，球磨转速为200r/min。
6.根据权利要求2所述的一种Ti(CN)基TN18金属陶瓷的制备工艺，其特征在于：所述步骤三中，球磨结束后的原料沉淀时间为1小时。
7.根据权利要求2所述的一种Ti(CN)基TN18金属陶瓷的制备工艺，其特征在于：所述步骤四中，对模具内坯体的保压时间为1分钟。
8.根据权利要求2所述的一种Ti(CN)基TN18金属陶瓷的制备工艺，其特征在于：所述步骤一中，TiO2与C混合物在真空下升温，在较低的温度下发生以下反应：
TiO2+3C＝TiC+2CO↑
充入N2，发生以下反应：
TiO2+2C+1/2N2＝TiN+2CO↑
TiC+TiN→Ti(C,N)。
9.根据权利要求2所述的一种Ti(CN)基TN18金属陶瓷的制备工艺，其特征在于：所述步骤三中，得到的Ti(CN)粉末经球磨后制得超细的Ti(CN)粉末，粉末颗粒由初始的2.1um经球磨后细化为0.4um。
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