CN110484763A - 一种基于新型黏结剂的金属陶瓷及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于切削刀具技术领域，公开了一种基于新型黏结剂的金属陶瓷及其制备方法和应用。所述金属陶瓷是将TiC0.5N0.5，WC，AlFeNiCoCr，Mo和NbC混合后，加入WC硬质合金球和无水乙醇进行球磨；将混合后的浆料放在80～100℃进行干燥，将干燥后的粉末压制成型，升温至1500～1550℃进行烧结制得。本发明中AlFeNiCoCr黏结剂为高熵合金，由于其有Cr和Al可以在金属陶瓷的表面形成抗氧化层，提高了金属陶瓷的抗氧化性能。本发明的金属陶瓷具有强度高，耐磨性好，热稳定性好等优点。

Description

一种基于新型黏结剂的金属陶瓷及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于切削刀具技术领域，更具体地，涉及一种基于新型黏结剂的金属陶瓷及其制备方法和应用。
背景技术
Ti(C,N)基金属陶瓷因具有高强度、高硬度、耐高温、耐酸碱、耐磨损等优良性能而被广泛应用于刀具、模具等。在高温切削加工时，金属陶瓷刀具不但具有优良的抗粘附性和热稳定性，还拥有比硬质合金刀具更好的高温红硬性、耐磨性和抗氧化性，并且具有自润滑性能。高速切削加工相对于传统的切削加工而言可以获得更低的切削温度，更高的加工效率，已经被广泛的应用于机械制造行业中。但高速加工对刀具的红硬性提出了更高的要求。Ti(C,N)基金属陶瓷刀具由于其优异的力学性能；高强度、高韧性，高温时的化学稳定性，在高速切削加工时具有较高的耐磨性和抗氧化性，高温红硬性被广泛的应用于钢件和各种铸铁件的高速加工。目前现有的Ti(C,N)金属陶瓷刀具的粘结剂多为Co-Ni，存在着两个问题：(1)Co-Ni作为粘结剂质量比在15-20％左右，Co，Ni价格比较贵，在经济上不划算。(2)Co-Ni为粘结剂并不能显著提高Ti(C,N)金属陶瓷的抗氧化性能，在切削加工中抗氧化性能十分重要。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种基于新型黏结剂的金属陶瓷。
本发明另一目的在于提供上述基于新型黏结剂的金属陶瓷的制备方法。
本发明再一目的在于提供上述基于新型黏结剂的金属陶瓷的应用。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种基于新型黏结剂的金属陶瓷，所述金属陶瓷是将TiC0.5N0.5，WC，AlFeNiCoCr，Mo和NbC混合后，加入WC硬质合金球和无水乙醇进行球磨；将混合后的浆料放在80～100℃干燥，将干燥后的粉末研磨后压制成型，升温至1500～1550℃进行烧结制得。
优选地，所述金属陶瓷的抗弯强度为2000～2150Mpa，维氏硬度为1600～1750HV，致密度为99～100％。
优选地，所述TiC0.5N0.5，WC，AlFeNiCoCr，Mo和NbC的质量比为(55～65)：(15～20)：(12～15)：(8～10)：(5～8)。
优选地，所述TiC0.5N0.5的粒径为1～1.5μm；所述WC的粒径为1～1.5μm；所述Mo和NbC的粒径为1～3μm；所述AlFeNiCoCr的粒径为1～2μm。
优选地，所述球磨的时间为36～48h。
优选地，所述WC硬质合金球的直径为5～8mm；所述球料比为(10～15)：1。
优选地，所述TiC0.5N0.5，WC，Ni，Co，Mo和NbC总质量、WC硬质合金球和无水乙醇的质量比为1：(8～10)：(3～5)。
优选地，所述烧结的时间为1～1.5h。
所述的基于新型黏结剂的金属陶瓷的制备方法，包括如下具体步骤：
S1.将TiC0.5N0.5，WC，AlFeNiCoCr，Mo和NbC混合后，加入WC硬质合金球和无水乙醇进行球磨；
S2.将混合后的浆料放在80～100℃干燥，将干燥后的粉末压制成型，升温至1500～1550℃进行烧结，制得金属陶瓷。
所述基于新型黏结剂的金属陶瓷在刀具切削领域中的应用。
本发明将压制成型的金属陶瓷块体放入无压炉(真空状态)1500～1550℃，保温1～1.5h进行烧结。当25～1100℃升温速率为5℃/min，低速升温使样品均温热透减少材料的热应力，出现液相烧结前使样品中的气体尽可能挥发，当1100～1500～1550℃时的升温速率为3℃/min低速升温，100～1300℃使其扩散更加均匀，WC，Mo2C添加的碳物逐步扩散到Ti(C,N)颗粒表面并发生固溶反应形成内环；1400～1500℃通过溶解-析出机制形成外环；1500～1550℃保温1～1.5h使其充分致密，液相填充其骨架的间隙，当1500～1550℃～800℃时降温速率为5℃/min，低速降温消除热应力800℃以后随炉冷。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明中AlFeNiCoCr黏结剂为高熵合金，由于其有Cr和Al可以在金属陶瓷的表面形成抗氧化层，提高了金属陶瓷的抗氧化性能。
2.本发明的金属陶瓷具有强度高，耐磨性好，热稳定性好等优点，这是由于高熵效应。
附图说明
图1为实施例1中所得金属陶瓷断面的形貌照片；
图2为实施例1中所得金属陶瓷表面抛光的形貌图照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
1.在高能球磨机将AlFeNiCoCr(金属单质的摩尔比为1:1:1:1:1)放入WC涂层的球磨罐中球磨40h，球料比为15:1制备出高熵合金粉体；按照TiC0.5N0.5、WC、AlFeNiCoCr、Mo和NbC的质量比为55：15：15：10：5。进行粉体制备，在滚式球磨机上球磨时间为30h；
2.将干燥后的粉体压制成型后，无压炉1500℃保温1.5h烧结，制备成金属陶瓷。
性能测试：所得金属陶瓷的致密度为99.1％，抗弯强度为2123Mpa，维氏硬度为1680HV。图1为本实施例所得金属陶瓷断面的形貌照片；从图1中可知，无明显气孔存在，制备出致密的金属陶瓷。图2为本实施例所得金属陶瓷表面抛光的形貌图照片。从图2中可知，形成了较为明显的芯环结构，有利于综合其力学性能的提高。
实施例2
1.在高能球磨机将AlFeNiCoCr(金属单质的摩尔比为1:1:1:1:1)放入WC涂层的球磨罐中球磨40h，球料比为20:1制备出高熵合金粉体；按照TiC0.5N0.5、WC、AlFeNiCoCr、Mo和NbC的质量比为57：15：13：10：5。进行粉体制备，在滚式球磨机上球磨时间为36h；
2.将干燥后的粉体压制成型后，无压炉1550℃保温1.5h烧结制备成金属陶瓷。
性能测试：所得金属陶瓷的致密度为99.4％，抗弯强度为2063Mpa，维氏硬度为1620HV。
实施例3
1.在高能球磨机将AlFeNiCoCr(金属单质的摩尔比为1:1:1:1:1)放入WC涂层的球磨罐中球磨40h，球料比为20：1制备出高熵合金粉体；按照TiC0.5N0.5、WC、AlFeNiCoCr、Mo和NbC的质量比为57：15：13：10：5，进行粉体制备，在滚式球磨机上球磨时间为36h；
2.将干燥后的粉体压制成型后，无压炉1550℃保温1h烧结，制备成金属陶瓷。
性能测试：所得金属陶瓷的致密度为99.6％，抗弯强度为2154Mpa，维氏硬度为1726HV。
实施例4
1.在高能球磨机将AlFeNiCoCr(金属单质的摩尔比为1:1:1:1:1)放入WC涂层的球磨罐中球磨40h，球料比为20：1制备出高熵合金粉体；按照TiC0.5N0.5、WC、AlFeNiCoCr、Mo和NbC的质量比为57：15：13：10：5，进行粉体制备，在滚式球磨机上球磨时间为36h；
2.将干燥后的粉体压制成型后，无压炉1525℃保温1h烧结，制备成金属陶瓷。
性能测试：所得金属陶瓷的致密度为99.3％，抗弯强度为2039Mpa，维氏硬度为1685HV。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于新型黏结剂的金属陶瓷，其特征在于，所述金属陶瓷是将TiC0.5N0.5，WC，AlFeNiCoCr，Mo和NbC混合后，加入WC硬质合金球和无水乙醇进行球磨；将混合后的浆料放在80～100℃进行干燥，将干燥的粉末研磨后压制成型，升温至1500～1550℃进行烧结制得。
2.根据权利要求1所述的基于新型黏结剂的金属陶瓷，其特征在于，所述金属陶瓷的抗弯强度为2000～2150Mpa，维氏硬度为1600～1750HV，致密度为99～100％。
3.根据权利要求1所述的基于新型黏结剂的金属陶瓷，其特征在于，所述TiC0.5N0.5，WC，AlFeNiCoCr，Mo和NbC的质量比为(55～65)：(15～20)：(12～15)：(8～10)：(5～8)。
4.根据权利要求1所述的基于新型黏结剂的金属陶瓷，其特征在于，所述TiC0.5N0.5的粒径为1～1.5μm；所述WC的粒径为1～1.5μm；所述Mo和NbC的粒径均为1～3μm；所述AlFeNiCoCr的粒径为1～2μm。
5.根据权利要求1所述的基于新型黏结剂的金属陶瓷，其特征在于，所述球磨的时间为36～48h。
6.根据权利要求1所述的基于新型黏结剂的金属陶瓷，其特征在于，所述WC硬质合金球的直径为5～8mm；所述球料比为(10～15)：1。
7.根据权利要求1所述的基于新型黏结剂的金属陶瓷，其特征在于，所述TiC0.5N0.5，WC，Ni，Co，Mo和NbC的总质量、WC硬质合金球和无水乙醇的质量比为1：(8～10)：(3～5)。
8.根据权利要求1所述的基于新型黏结剂的金属陶瓷，其特征在于，所述烧结的时间为1～1.5h。
9.根据权利要求1-8任一项所述的基于新型黏结剂的金属陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
S1.将TiC0.5N0.5，WC，AlFeNiCoCr，Mo和NbC混合后，加入WC硬质合金球和无水乙醇进行球磨；
S2.将混合后的浆料放在80～100℃进行干燥，将干燥的粉末研磨后压制成型，升温至1500～1550℃进行烧结，制得金属陶瓷。
10.权利要求1～8任一项所述基于新型黏结剂的金属陶瓷在刀具切削领域中的应用。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111235453A (zh) * 2020-03-23 2020-06-05 郑州轻工业大学 一种表面具有高熵合金层的硬质合金及其制备方法
CN114850475A (zh) * 2022-05-13 2022-08-05 北方民族大学 一种基于高熵合金粘结剂的高温抗氧化碳氮化钛金属陶瓷及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3741733A (en) * 1969-09-30 1973-06-26 Ugine Carbone Sintered hard alloy and method of making
CN101435047A (zh) * 2008-12-19 2009-05-20 华中科技大学 含Ni-Cr粘结剂的金属陶瓷及其制备方法
CN108823478A (zh) * 2018-06-14 2018-11-16 株洲金锐美新材料有限公司 超细高熵合金粘结相金属陶瓷及其制备方法
CN109338196A (zh) * 2018-11-30 2019-02-15 肖水清 Ti(C，N)基金属陶瓷及其制备方法和应用
CN109881070A (zh) * 2019-03-08 2019-06-14 广东工业大学 一种具有高硬度和高韧性的金属陶瓷及其制备方法和应用
CN110004345A (zh) * 2019-03-25 2019-07-12 广东工业大学 一种高性能金属陶瓷刀具及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3741733A (en) * 1969-09-30 1973-06-26 Ugine Carbone Sintered hard alloy and method of making
CN101435047A (zh) * 2008-12-19 2009-05-20 华中科技大学 含Ni-Cr粘结剂的金属陶瓷及其制备方法
CN108823478A (zh) * 2018-06-14 2018-11-16 株洲金锐美新材料有限公司 超细高熵合金粘结相金属陶瓷及其制备方法
CN109338196A (zh) * 2018-11-30 2019-02-15 肖水清 Ti(C，N)基金属陶瓷及其制备方法和应用
CN109881070A (zh) * 2019-03-08 2019-06-14 广东工业大学 一种具有高硬度和高韧性的金属陶瓷及其制备方法和应用
CN110004345A (zh) * 2019-03-25 2019-07-12 广东工业大学 一种高性能金属陶瓷刀具及其制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111235453A (zh) * 2020-03-23 2020-06-05 郑州轻工业大学 一种表面具有高熵合金层的硬质合金及其制备方法
CN111235453B (zh) * 2020-03-23 2021-06-15 郑州轻工业大学 一种表面具有高熵合金层的硬质合金及其制备方法
CN114850475A (zh) * 2022-05-13 2022-08-05 北方民族大学 一种基于高熵合金粘结剂的高温抗氧化碳氮化钛金属陶瓷及其制备方法
CN114850475B (zh) * 2022-05-13 2024-03-05 北方民族大学 一种基于高熵合金粘结剂的高温抗氧化碳氮化钛金属陶瓷及其制备方法

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