CN1621548A - 一氧化钛基金属陶瓷仿金材料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及粉末冶金领域，尤其是一氧化钛基金属陶瓷仿金材料及其制备方法，其特征在于：以氧化钛氧指数范围大于0.8，小于1.2的一氧化钛为基，在Fe－Cr合金中添加0.1～20％Mo、Si、Ni元素中的一种或多种；本发明一氧化钛基金属陶瓷仿金材料与24K黄金色度差0.005～0.010，大大气中稳定不变色，于K金腐蚀液中，在25℃+2℃条件下不变色，时间＞40天，抗弯强度440～800MPa，断裂韧性5.2～10.0MNm^－3/2。制得的金属陶瓷块体仿金材料具有优异的综合性能，颜色优于仿金铜、氮化钛基金属陶瓷仿金材料，具有极强的抗变色能力，力学性能可满足仿金材料使用要求，且工艺简单，成本低。

Description

一氧化钛基金属陶瓷仿金材料及其制造方法

技术领域：

本发明涉及粉末冶金领域，尤其是一氧化钛基金属陶瓷仿金材料及其制备方法。

背景技术：

目前国内外已得到应用或正在研究的仿金合金材料有：铜基合金仿金材料、低K度金仿金材料、TaC基金属陶瓷仿金材料及TiN基金属陶瓷仿金材料。

铜基合金仿金材料已得到大量使用，但其在汗液、大气中耐蚀性和抗变色性能较差的问题一直未能从根本上得到解决，而且硬度较低，易被划伤；

低K度金仿金材料，一般为含金低于9％的Cu-Au系合金，价格相对仍较昂贵，而且其色泽、抗变色性能已远不如纯金；

TaC基金属陶瓷仿金材料，TaC本身价格昂贵，比重大(14.3g/cm³)；

TiN本身具有优越的综合性能，但相成分单一、色泽纯正的高质量TiN粉末的制取难度很大、成本极高，且高温烧地过程中TiN容易分解，加入大量Ni做金属粘结相，又降低TiN固有的抗变能力，因此尚未得到大量应用。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种仿金材料，代替稀贵的黄金用于装饰，以节约大量黄金，满足人们美化生活和环境的要求。

本发明的技术方案是：

以氧指数范围大于0.8，小于1.2的一氧化钛为基，在Fe-Cr合金中添加0.1～20％Mo、Si、Ni元素中的一种或多种，制备金属陶瓷仿金材料。

所采用的一氧化钛、粘结相原料粉末粒度0.1μm～20μm；粘结相重量百分数为1.0％～20％。

一氧化钛基金属陶瓷仿金材料的制备方法：

(1)原始粉末混合→压制→烧结：压制密度2.4g·cm^-3～3.6g·cm^-3，烧结温度1450℃～1500℃，烧结时间30min～180min，真空或惰性气氛；

(2)粘结相间接向一氧化钛基体中熔渗：一氧化钛基体密度2.8g·cm^-3～4.0g·cm^-3，熔渗温度1450℃～1600℃，保温时间10min～120min。

发明的优点和积极效果：

本发明的优点在于：

1.以Fe-Cr合金中添加Mo、Si、Ni等元素改善“塑性合金相/一氧化钛”相间润湿、界面结合强度，调整热膨胀系数为粘结相制备金属陶瓷块体仿金材料；又由于一氧化钛是自然界中颜色最接近黄金的物质、具有很强的抗变色能力，所以Fe-Cr合金添加Mo、Si、Ni等元素后，不仅与一氧化钛陶瓷相润湿性好、界面结合强度大、膨胀系数匹配，而且本身耐腐蚀性能、机械性能优良，因此制得的金属陶瓷块体仿金材料具有优异的综合性能，颜色优于仿金铜、氮化钛基金属陶瓷仿金材料，具有极强的抗变色能力，力学性能满足仿金材料使用要求。

2.一氧化钛基金属陶瓷仿金材料与24K黄金色度差0.005～0.010，大气中稳定不变色，于K金腐蚀液中，在25℃±2℃条件下不变色，时间＞40天，抗弯强度440～800MPa，断裂韧性5.2～10.0MNm^-3/2。

3.采用Ti(TiH)粉与TiO₂粉固-固反应，成功地合成了相纯度高的黄金色的一氧化钛粉末，工艺简单，成本低。

附图说明：

图1：仿金材料颜色测量装置示意图；

图1中序号含义：光1，单色光2，支架3，反光镜4，调节旋钮5，显示6，仿金材料7。

图2：抗弯强度加载方式与试样尺寸示意图。

本发明仿金材料的性能测试方法与条件，结合附图说明：

1)与24K黄金间色度差

采用分光光度法，在721型分光光度计和图1所示的固体表面颜色测定装置上测得24K黄金与本发明仿金材料对各波长单色长的反射率ρ(λ)。根据式(1)求得各材料的光谱三刺激值，进而根据式(3)求得各材料的CIE色度图中的色度坐标，再根据式(4)求得本发明仿金材料与24K黄金间的色度差。

S(λ)-光源相对光谱功率分布。

x(λ)、 y(λ)、 z(λ)-1～4°视场CIE标准色度观察者光谱三刺激值(查表)。

Δ(λ)-测量时所选定的波长间隔。

ρ(λ)-物体的光谱反射率。

K-调整因子。

$k=\frac{100}{\underset{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\Σ}}S\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{\Δ\λ}}----\left(2\right)$

色度差＝[(Δx)²+(Δy)²]^1/2        (4)

Δx、Δy分别为本发明仿金材料与24K黄金间的颜色在色度图中x、y标准差值。

2)抗变色、耐腐蚀性能

(1)自然环境中

仿金材料表面抛光后置于室外、住室或埋于室外泥土中，定期观察其表面状况和颜色。

(2)K金腐蚀剂中

将仿金材料表面抛光至镜面光洁度，将抛光面浸泡在K金腐蚀剂中恒温(25℃)，观察其抛光面保持不变色的时间。K金腐蚀剂成分为0.987％氯化钠，0.0257％硫化钠，0.173％尿素，0.022％葡萄糖，0.107％乳酸。

3)抗弯强度

参照国标GB6569-86，加载方式与试样尺寸如图2所示：Lr×b×h＝36×4×3，L＝30±0.5mm，R＝2.0～3.0mm，

4)断裂韧性

采用单刃缺口梁三点弯曲法。

试样尺寸：宽度×厚度×长度＝5mm×2.5mm×50mm

跨度：40mm

缺口：2×2mm

本发明仿金材料用此方法测试的结果见表1。

具体实施方式：

实施例1：

(1)原始粉末及其配比：一氧化钛氧指数为0.95，平均粒度为2.8μm，Fe、Cr、Si粉的粒度分别为3.0μm、4.5μm和3.2μm；粘结相元素总含量2％，成分为Fe-25％Cr-10％Si；

(2)制坯方法：将以上原始粉末按比例要求混合均匀，钢模压制成型，压力为2吨/cm²；

(3)烧结工艺：温度1500℃，保温时间120min，真空压力＜0.02Pa；

仿金材料性能测试结果列于表1。

实施例2：

(1)原始粉末及其配比：一氧化钛氧指数为0.95，平均粒度为2.8μm，Fe、Cr、Si粉的粒度分别为3.0μm、4.5μm和3.2μm；粘结相元素总含量4％，成分为Fe-25％Cr-8％Si。

(2)制坯方法：将以上原始粉末按比例要求混合均匀，钢模压制成型，压力为2吨/cm²；

(3)烧结工艺：温度1500℃，保温时间120min，真空压力＜0.02Pa；

仿金材料性能测试结果列于表1。

实施例3：

(1)原始粉末及其配比：一氧化钛氧指数为0.95，平均粒度为2.8μm，Fe、Cr、Si粉的粒度分别为3.0μm、4.5μm和3.2μm；粘结相元素总含量8％，成分为Fe-25％Cr-6％Si。

(2)制坯方法：将以上原始粉末按比例要求混合均匀，钢模压制成型，压力为2吨/cm²；

(3)烧结工艺：温度1500℃，保温时间120min，真空压力＜0.02Pa；

仿金材料性能测试结果列于表1。

实施例4：

(1)原始粉末及其配比：一氧化钛氧指数为0.95，平均粒度为2.8μm，Fe、Cr、Si粉的粒度分别为3.0μm、4.5μm和3.2μm；粘结相元素总含量10％，成分为Fe-25％Cr-6％Si。

(2)制坯方法：将以上原始粉末按比例要求混合均匀，钢模压制成型，压力为2吨/cm²；

(3)烧结工艺：温度1500℃，保温时间120min，真空压力＜0.02Pa；

仿金材料性能测试结果列于表1。

实施例5：

(1)原始粉末及其配比：一氧化钛氧指数为0.95，平均粒度为2.8μm，Fe、Cr、Si粉的粒度分别为3.0μm、4.5μm和3.2μm；粘结相元素总含量12％，成分为Fe-25％Cr-4％Si。

(2)制坯方法：将以上原始粉末按比例要求混合均匀，钢模压制成型，压力为2吨/cm²；

(3)烧结工艺：温度1500℃，保温时间120min，真空压力＜0.02Pa；

仿金材料性能测试结果列于表1。

实施例6：

(1)原始粉末及其配比：一氧化钛氧指数为0.95，平均粒度为2.8μm，Fe、Cr、Si粉的粒度分别为3.0μm、4.5μm和3.2μm；粘结相元素总含量14％，成分为Fe-25％Cr-4％Si。

(2)制坯方法：将以上原始粉末按比例要求混合均匀，钢模压制成型，压力为2吨/cm²；

(3)烧结工艺：温度1500℃，保温时间120min，真空压力＜0.02Pa；

仿金材料性能测试结果列于表1。

实施例7：

(1)原始粉末及其配比：一氧化钛氧指数为0.95，平均粒度为2.8μm，Fe、Cr、Si粉的粒度分别为3.0μm、4.5μm和3.2μm；Ni粉平均粒度为2.5μm；粘结相元素总含量6％，成分为Fe-25％Cr-8％Ni-2％Si；

(2)制坯方法：将以上原始粉末按比例要求混合均匀，钢模压制成型，压力为2吨/cm²；

(3)烧结工艺：温度1500℃，保温时间120min，真空压力＜0.02Pa；

仿金材料性能测试结果列于表1。

实施例8：

(1)采用的原始粉末及其配比：一氧化钛氧指数为1.10，平均粒度为1.5μm，Fe、Cr、Si粉的粒度分别为3.0μm、4.5μm和1.8μm；粘结相元素总含量6％，成分为Fe-25％Cr-7％Si。

(2)制坯方法：将以上原始粉末按比例要求混合均匀，钢模压制成型，压力为1.5吨/cm²。

(3)烧结工艺：温度1500℃，保温时间90min，真空压力＜0.02Pa。

仿金材料性能测试结果列于表1。

实施例9：

(1)采用的原始粉末及其配比：一氧化钛氧指数为1.10，平均粒度为1.5μm，Fe、Cr、Si粉的粒度分别为3.0μm、4.5μm和1.8μm；粘结相元素总含量8％，成分为Fe-25％Cr-6％Ni-4％Mo；

(2)制坯方法：将以上原始粉末按比例要求混合均匀，钢模压制成型，压力为1.5吨/cm²。

(3)烧结工艺：温度1500℃，保温时间90min，真空压力＜0.02Pa。

仿金材料性能测试结果列于表1。

实施例10：

(1)采用的原始粉末及其配比：一氧化钛氧指数为1.10，平均粒度为1.5μm，Fe、Cr、Si粉的粒度分别为3.0μm、4.5μm和1.8μm；Ni粉平均粒度为2.5μm。粘结相元素总含量10％，成分为Fe-25％Cr-4％Mo-6％Si；

(2)制坯方法：将以上原始粉末按比例要求混合均匀，钢模压制成型，压力为1.5吨/cm²。

(3)烧结工艺：温度1500℃，保温时间90min，真空压力＜0.02Pa。

仿金材料性能测试结果列于表1。

                              表1实施例仿金材料性能测试结果

编号	一氧化钛氧指数	粘结相含量(％)	与24K金色度差	自然环境中	人工汗液中不变色时间	K金腐蚀剂中不变色时间	抗弯强度(MPa)	断裂韧性(MNm-3/2)
									实施例1	0.95	2	0.0051	不变色	＞2个月	＞20天	444	5.2
实施例2	0.95	4	0.0059	不变色	＞2个月	＞20天	516	7.2
									实施例3	0.95	8	0.0065	不变色	＞2个月	＞20天	618	9.3
实施例4	0.95	10	0.0082	不变色	＞2个月	＞20天	682	9.8
									实施例5	0.95	12	0.0081	不变色	＞2个月	＞20天	675	9.7
实施例6	0.95	14	0.010	不变色	＞2个月	＞20天	746	9.8
									实施例7	0.95	6	0.0065	不变色	＞2个月	＞20天	613	9.3
实施例8	1.10	6	0.0063	不变色	＞2个月	＞20天	662	9.4
									实施例9	1.10	8	0.0058	不变色	＞2个月	＞20天	540	7.8
实施例10	1.10	10	0.0066	不变色	＞2个月	＞20天	670	9.6

Claims (6)

1.一种一氧化钛基金属陶瓷仿金材料，其特征在于：以氧化钛氧指数范围大于0.8，小于1.2的一氧化钛为基，在Fe-Cr合金中添加0.1～20％Mo、Si、Ni元素中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的一氧化钛基金属陶瓷仿金材料，其特征在于：采用的一氧化钛、粘结相原料粉末粒度0.1μm～20μm；粘结相重量百分数为1.0％～20％。

3.一种一氧化钛基金属陶瓷仿金材料的制备方法，其特征在于：

(1)原始粉末混合→压制→烧结：压制密度2.4g·cm^-3～3.6g·cm^-3，烧结温度1450℃～1500℃，烧结时间30min～180min，真空或惰性气氛；

(2)粘结相间接向一氧化钛基体中熔渗：一氧化钛基体密度2.8g·cm^-3～4.0g·cm^-3，熔渗温度1450℃～1600℃，保温时间10min～120min。

4.根据权利要求1和2所述的一氧化钛基金属陶瓷仿金材料及其制备方法，其特征在于：

(1)原始粉末及其配比：一氧化钛氧指数为0.95，平均粒度为2.8μm，Fe、Cr、Si粉的粒度分别为3.0μm、4.5μm和3.2μm；粘结相元素总含量10％，成分为Fe-25％Cr-6％Si。

(2)制坯方法：将以上原始粉末按比例要求混合均匀，钢模压制成型，压力为2吨/cm²；

(3)烧结工艺：温度1500℃，保温时间120min，真空压力＜0.02Pa。

5.根据权利要求1和2所述的一氧化钛基金属陶瓷仿金材料及其制备方法，其特征在于：

(1)原始粉末及其配比：一氧化钛氧指数为0.95，平均粒度为2.8μm，Fe、Cr、Si粉的粒度分别为3.0μm、4.5μm和3.2μm；Ni粉平均粒度为2.5μm；粘结相元素总含量6％，成分为Fe-25％Cr-8％Ni-2％Si；

(2)制坯方法：将以上原始粉末按比例要求混合均匀，钢模压制成型，压力为2吨/cm²；

(3)烧结工艺：温度1500℃，保温时间120min，真空压力＜0.02Pa。

6.根据权利要求1和2所述的一氧化钛基金属陶瓷仿金材料及其制备方法，其特征在于：

(1)采用的原始粉末及其配比：一氧化钛氧指数为1.10，平均粒度为1.5μm，Fe、Cr、Si粉的粒度分别为3.0μm、4.5μm和1.8μm；Ni粉平均粒度为2.5μm。粘结相元素总含量10％，成分为Fe-25％Cr-4％Mo-6％Si；

(2)制坯方法：将以上原始粉末按比例要求混合均匀，钢模压制成型，压力为1.5吨/cm²。

(3)烧结工艺：温度1500℃，保温时间90min，真空压力＜0.02Pa。

Images