CN113355579A - 一种超细多元Ti(C,N)基金属陶瓷的新型制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种超细多元Ti(C,N)基金属陶瓷的新型制备方法,其特征包括以下步骤:a、按质量百分比取纳米氧化钛、纳米氧化钨、纳米氧化钴、纳米氧化钒、纳米氧化铬、纳米还原剂碳黑与多壁碳纳米管,经混合、干燥后,置于微波烧结炉中进行碳热还原,制得多元Ti(C,N)基复合材料。b、将步骤a所得复合材料采用放电等离子烧结设备进行烧结,最终制得多元Ti(C,N)基金属陶瓷。该金属陶瓷断裂韧性提高33‑65%,硬度(HRA)提高13‑25%,抗弯强度提高32‑85%。本发明具有生产效率高、能耗低、操作简便,为工业生产性能优异的金属陶瓷产品提供参考。
Description
技术领域
本发明涉及一种超细多元Ti(C,N)基金属陶瓷的制备,属于纳米金属陶瓷复合粉体制备技术与应用领域。
背景技术
Ti(C,N)基金属陶瓷具有优异的耐热性、耐腐蚀性、高硬度和耐磨性,被广泛应用于刀具材料。该类合金材料通常以Ti(C,N)为硬质相,以Co为粘结相,通过粉末冶金方法合成。Ti(C,N)基金属陶瓷相较于高速钢,具有较高的硬度、耐磨性和红硬性。此外,Ti(C,N)基金属陶瓷也可以用来制造钻头、齿轮刀具、铰刀等复杂刀具。其中,超细及纳米晶Ti(C,N)基金属陶瓷相对于普通Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度明显提高、硬度增大、耐磨性提高、刀具耐用度提高3~10倍。同时,金属陶瓷的抗热震性和抗氧化性改善显著,达到完全致密化所需的温度也进一步降低。超细晶金属陶瓷由于与加工材料的相互吸附–扩散作用小,在难加工材料、微电子工业、精密模具、医学等领域也得到了广泛的应用。因此,超细及纳米晶Ti(C,N)基金属陶瓷已成为当今金属陶瓷行业的发展热点之一。
随着现代工业行业技术的快速发展,对金属陶瓷的性能要求也越来越高,金属陶瓷中Ti(C,N)的晶粒尺寸越小,合金的综合力学性能越高。碳纳米管一维纳米材料,质量轻,有许多优异的力学性能,具有极高的强度、韧性及弹性模量。将碳纳米管作为增强相掺杂于多元Ti(C,N)基复合粉末中,应用碳纳米管的强韧性,加之纳米材料的优异性能,使硬质合金的强度显著提高。通过应用碳纳米管达到细化Ti(C,N)金属陶瓷晶粒的作用,同时协同碳纳米管本身的强度和纤维结构的拔出、桥接及引导裂纹弯曲、偏转等机制来提高Ti(C,N)基金属陶瓷的强度。此外,采用放电等离子烧结工艺,进一步有效抑制Ti(C,N)晶粒的长大,且降低烧结温度与烧结时间,提高生产效率,减少能耗,最终获得致密度高、晶粒细小、组织均匀、综合力学性能优异的多元Ti(C,N)基金属陶瓷产品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超细多元Ti(C,N)基金属陶瓷的新型制备方法,以便更好的满足Ti(C,N)基金属陶瓷在超细/纳米金属陶瓷的制造以及刀具领域的应用。本发明采用的碳热还原法,该方法所需设备简单,反应原料价格低廉,制备过程简便、生产效率高、能耗低,保证合成的多元Ti(C,N)基金属陶瓷在粒度、分散性、颗粒形状等方面满足工业需求。
本发明的超细多元Ti(C,N)基金属陶瓷的新型制备方法包括以下步骤:
a、按质量百分比取纳米氧化钛、纳米氧化钨、纳米氧化钴、纳米氧化钒、纳米氧化铬、纳米还原剂碳黑与多壁碳纳米管,经混合、干燥后,置于微波烧结炉中进行碳热还原,制得多元复合粉末;
b、将步骤a所得复合粉末置于放电等离子烧结设备中进行烧结,最终制得超细多元Ti(C,N)基金属陶瓷。该金属陶瓷断裂韧性提高33-65%,硬度(HRA)提高13-25%,抗弯强度提高32-85%。
根据权利要求1所述的一种超细多元Ti(C,N)基金属陶瓷的新型制备方法中原料质量百分比分别为: 纳米氧化钛为38-52%,纳米氧化钨26-32%,纳米氧化钴8-15%,纳米氧化钒0.2-1%,纳米氧化铬0.2-1%,纳米碳黑20-27%,多壁碳纳米管0.2-0.8%。
根据权利要求1所述的一种超细多元Ti(C,N)基金属陶瓷的新型制备方法中,制备复合材料的微波烧结工艺在惰性气体保护下进行,烧结温度为1250-1400℃,保温时间为0.5-1h。
根据权利要求1所述的一种超细多元Ti(C,N)基金属陶瓷的新型制备方法中,混合是在高能球磨机、滚动球磨机或研磨机中任意一种设备中进行。
根据权利要求1所述的一种超细多元Ti(C,N)基金属陶瓷的新型制备方法中,球磨后干燥温度为50-80℃,干燥时间为16-30h。
根据权利要求1所述的一种超细多元Ti(C,N)基金属陶瓷的新型制备方法中,升温速率为50-150℃/min,温度为1300-1500℃。
与现有的超细金属陶瓷制备方法相比,本发明的优点在于:
(1)有效抑制Ti(C,N)晶粒的长大。多壁碳纳米管作为新型增强材料,其本身具有的优异力学性能,将其掺杂到多元复合粉末中,达到细化Ti(C,N)基金属陶瓷晶粒的作用,同时协同碳纳米管本身的强度和纤维结构的拔出、桥接及引导裂纹弯曲、偏转等机制来提高Ti(C,N)基金属陶瓷的强度。
(2)烧结温度低,时间短,效率高,能耗低。以纳米碳黑、纳米氧化物、多壁碳纳米管为原料,采用微波碳热还原法制备多元复合粉末,再结合放电等离子烧结得到超细多元Ti(C,N)基金属陶瓷。本合成方法可以大幅度降低反应温度,缩短反应时间,提高生产效率,有效节约能源。
具体实施方式
实施例1:
按质量百分比取纳米氧化钛38%,纳米氧化钨25%,纳米氧化钴10%,纳米氧化钒0.4%,纳米氧化铬0.4%,纳米碳黑26%,多壁碳纳米管0.2%,经均匀混合(高能球磨机)、干燥(干燥温度为50℃,干燥时间为30h)后,置于微波烧结炉内进行碳热还原,得到多元Ti(C,N)基复合材料。然后将复合材料置于放电等离子烧结设备中进行烧结(升温速率为50-150℃/min,温度为1300-1500℃,氮气),制得晶粒细小、组织均匀的Ti(C,N)基金属陶瓷。该金属陶瓷断裂韧性提高33-65%,硬度(HRA)提高13-25%,抗弯强度提高32-85%。
实施例2:
按质量百分比取纳米氧化钛39%,纳米氧化钨25%,纳米氧化钴12%,纳米氧化钒0.6%,纳米氧化铬0.6%,纳米碳黑22%,多壁碳纳米管0.8%,经均匀混合(高能球磨机)、干燥(干燥温度为80℃,干燥时间为20h)后,置于微波烧结炉内进行碳热还原,得到多元Ti(C,N)基复合材料。然后将复合材料置于放电等离子烧结设备进行烧结(升温速率为50-150℃/min,温度为1300-1500℃,氮气),制得晶粒细小、组织均匀的Ti(C,N)基金属陶瓷。该金属陶瓷断裂韧性提高33-65%,硬度(HRA)提高13-25%,抗弯强度提高32-85%。
实施例3:
按质量百分比取纳米氧化钛42%,纳米氧化钨25%,纳米氧化钴8%,纳米氧化钒0.3%,纳米氧化铬0.3%,纳米碳黑24%,多壁碳纳米管0.4%,经均匀混合(高能球磨机)、干燥(干燥温度为60℃,干燥时间为24h)后,置于微波烧结炉内进行碳热还原,得到多元Ti(C,N)基复合材料。然后将复合材料置于放电等离子烧结设备中进行烧结(升温速率为50-150℃/min,温度为1300-1500℃,氮气),制得晶粒细小、组织均匀的Ti(C,N)基金属陶瓷。该金属陶瓷断裂韧性提高33-65%,硬度(HRA)提高13-25%,抗弯强度提高32-85%。
实施例4:
按质量百分比取纳米氧化钛40%,纳米氧化钨26%,纳米氧化钴10%,纳米氧化钒0.2%,纳米氧化铬0.2%,纳米碳黑23%,多壁碳纳米管0.6%,经均匀混合(高能球磨机)、干燥(干燥温度为70℃,干燥时间为20h)后,置于微波烧结炉内进行碳热还原,得到多元Ti(C,N)基复合材料。然后将复合材料置于放电等离子烧结设备进行烧结(升温速率为50-150℃/min,温度为1300-1500℃,氮气),制得晶粒细小、组织均匀的Ti(C,N)基金属陶瓷。该金属陶瓷断裂韧性提高33-65%,硬度(HRA)提高13-25%,抗弯强度提高32-85%。
Claims (6)
1.一种超细多元Ti(C,N)基金属陶瓷的新型制备方法,其特征在于:所述合成方法包括以下步骤:
按质量百分比取纳米氧化钛、纳米氧化钨、纳米氧化钴、纳米氧化钒、纳米氧化铬、纳米还原剂碳黑与多壁碳纳米管,经混合、干燥后,置于微波烧结炉中进行碳热还原,制得多元复合粉末;
将步骤a所得复合材料置于放电等离子烧结设备中进行烧结,最终制得新型超细多元Ti(C,N)基金属陶瓷;该金属陶瓷断裂韧性提高33-65%,硬度(HRA)提高13-25%,抗弯强度提高32-85%。
2.根据权利要求1所述的一种超细多元Ti(C,N)基金属陶瓷的新型制备方法中原料质量百分比分别为:纳米氧化钛为38-52%,纳米氧化钨26-32%,纳米氧化钴8-15%,纳米氧化钒0.2-1%,纳米氧化铬0.2-1%,纳米碳黑20-27%,多壁碳纳米管0.2-0.8%。
3.根据权利要求1所述的一种超细多元Ti(C,N)基金属陶瓷的新型制备方法中,制备复合材料的微波烧结工艺在惰性气体保护下进行,烧结温度为1250-1400℃,保温时间为0.5-1h。
4.根据权利要求1所述的一种超细多元Ti(C,N)基金属陶瓷的新型制备方法中,混合是在高能球磨机、滚动球磨机或研磨机中任意一种设备中进行。
5.根据权利要求1所述的一种超细多元Ti(C,N)基金属陶瓷的新型制备方法中,球磨后干燥温度为50-80℃,干燥时间为16-30h。
6.根据权利要求1所述的一种超细多元Ti(C,N)基金属陶瓷的新型制备方法中,烧结在氮气条件下进行,升温速率为50-150℃/min,温度为1300-1500℃。
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Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103834842A (zh) * | 2014-03-25 | 2014-06-04 | 龙具硬质合金(苏州)有限公司 | 纳米晶粒度TiCN基金属陶瓷数控刀具材料及制备方法 |
CN106756388A (zh) * | 2016-12-26 | 2017-05-31 | 苏州新锐合金工具股份有限公司 | 增韧Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料的制备工艺 |
CN107099723A (zh) * | 2017-05-02 | 2017-08-29 | 四川大学 | 基于金属氢化物的表面自润滑Ti(C,N)基金属陶瓷制备方法 |
CN107552802A (zh) * | 2017-09-26 | 2018-01-09 | 中南大学 | 一种金属陶瓷用碳氮化钛基固溶体粉末及制备方法 |
CN108637268A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-10-12 | 海南大学 | 一种微波碳热还原制备复合Ti(C,N)金属陶瓷粉体的方法 |
CN110102752A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-08-09 | 四川轻化工大学 | 一种金属陶瓷用固溶合金粉末及制备方法 |
CN111378888A (zh) * | 2020-01-02 | 2020-07-07 | 四川轻化工大学 | 一种纳米粒子界面强化的高氮含量Ti(C,N)基金属陶瓷材质及其制备方法 |
-
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103834842A (zh) * | 2014-03-25 | 2014-06-04 | 龙具硬质合金(苏州)有限公司 | 纳米晶粒度TiCN基金属陶瓷数控刀具材料及制备方法 |
CN106756388A (zh) * | 2016-12-26 | 2017-05-31 | 苏州新锐合金工具股份有限公司 | 增韧Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料的制备工艺 |
CN107099723A (zh) * | 2017-05-02 | 2017-08-29 | 四川大学 | 基于金属氢化物的表面自润滑Ti(C,N)基金属陶瓷制备方法 |
CN107552802A (zh) * | 2017-09-26 | 2018-01-09 | 中南大学 | 一种金属陶瓷用碳氮化钛基固溶体粉末及制备方法 |
CN108637268A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-10-12 | 海南大学 | 一种微波碳热还原制备复合Ti(C,N)金属陶瓷粉体的方法 |
CN110102752A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-08-09 | 四川轻化工大学 | 一种金属陶瓷用固溶合金粉末及制备方法 |
CN111378888A (zh) * | 2020-01-02 | 2020-07-07 | 四川轻化工大学 | 一种纳米粒子界面强化的高氮含量Ti(C,N)基金属陶瓷材质及其制备方法 |
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