專利名稱：高耐磨性復(fù)合金屬陶瓷刀具材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一類復(fù)合碳氮化鈦Ti(CN)金屬陶瓷刀具材料。
目前大量生產(chǎn)的金屬陶瓷，是以碳氮化鈦Ti(CN)作為耐磨相，以金屬鉬(Mo)，鎳(Ni)等作為粘結(jié)相，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成的金屬陶瓷刀具材料，這種刀具材料有很高的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性，但是它的硬度不是很高的，洛氏硬度約為HRA91～92左右。特別是高溫硬度更差，因而它的切削能力受到限制，對(duì)于硬度高達(dá)HRC60度以上的工件材料，它是難以勝任的，耐用度和壽命也不長(zhǎng)。此外由于Ti(CN)金屬陶瓷需要相當(dāng)數(shù)量的Mo，Ni來(lái)進(jìn)行燒結(jié)，所以影響高溫性能，因此在保證燒結(jié)致密的情況下如何減少金屬相含量，也是很重要的。
本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提高金屬陶瓷刀具材料的耐磨性和高溫性能。提出一種高耐磨性復(fù)合金屬陶瓷刀具材料，通過(guò)添加氮化硅-氧化鋁(Si3N4-Al2O3)作為彌散相，可以提高金屬陶瓷的硬度和高溫性能通過(guò)添加氧化物和碳化物如氧化釔(Y2O3)，氧化鎂(MgO)，氧化鎳(NiO)，碳化鉬(Mo2C)，碳化鋯(ZrC)等，減少金屬鉬(Mo)，鎳(Ni)的含量，同時(shí)能通過(guò)燒結(jié)而達(dá)到致密化。
本發(fā)明提出的一種高耐磨性復(fù)合金屬陶瓷刀具材料，其特征在于，用碳氮化鈦Ti(CN)作為主相，用氮化硅-氧化鋁(Si3N4-Al2O3)作為復(fù)合耐磨彌散相，用金屬鉬(Mo)和鎳(Ni)作為粘結(jié)相，用氧化物氧化釔(Y2O3)，氧化鎳(NiO)，氧化鎂(MgO)中的一種以上和碳化物碳化鉬(Mo2C)，碳化鋯(ZrC)中的一種或兩種作為燒結(jié)添加劑混合燒結(jié)而成。
所說(shuō)的Ti(CN)與耐磨彌散相Si3N4-Al2O3的摩爾比可為60∶40～95∶5；氧化物添加劑的加入量可為總重量的0.5～10％；碳化物添加劑Mo2C，ZrC可占材料總重量的1～15％；金屬相Mo，Ni可占材料的總體積的2～12％。
所說(shuō)的Si3N4-Al2O3復(fù)合耐磨相中的Si3N4的含量可為0～100％。
在上述本發(fā)明的配方中采用市售的Ti(CN)粉末，其純度＞98％，平均粒度為1～2μ；采用α-Si3N4、αAl2O3粉末的一種或兩種作為增加耐磨性的分散相，其中α-Si3N4粉純度為≥97％，平均粒度為1～3μ；α-Al2O3粉的純度為≥99％，平均粒度為1～3μ。
本發(fā)明采用如下的工藝將上述各組成按比例混合，放入磨機(jī)中，用無(wú)水酒精或甲醇作為研磨介質(zhì)；用Al2O3球、Si3N4球或碳化鎢(WC)球作為研磨體，料∶球比為1∶1～8，混合研磨時(shí)間為12～96小時(shí)，然后在真空干燥箱中干燥，完全干燥后在氮?dú)饬髦羞^(guò)篩，然后密封備用。
燒結(jié)工藝采用無(wú)壓燒結(jié)法、熱壓法或無(wú)壓燒結(jié)、熱等靜壓法。采用熱壓法時(shí)，將備用的混合粉料放入石墨模具中，然后在熱壓爐中進(jìn)行熱壓，熱壓溫度為1600～1850℃，熱壓壓力為15～40Mpa，用氫氣或氬氣保護(hù)，熱壓保溫時(shí)間為20～30分鐘。然后將熱壓好的坯體采用金剛石砂輪或線切割的方法加工成所需形狀；采用無(wú)壓燒結(jié)-熱等靜壓法時(shí)，須將混合粉料壓制成所需的形狀，然后在真空或無(wú)壓燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，采用氫氣或氬氣保護(hù)，燒結(jié)溫度為1600～1800℃，時(shí)間為20～90分鐘。燒結(jié)后可根據(jù)應(yīng)用情況，直接最終加工成刀片，或進(jìn)行第二次熱等靜壓燒結(jié)，熱等靜壓的氣體壓力為100～200Mpa，溫度為1600～1800℃，保溫時(shí)間為10～60分鐘，用Ar氣或H2氣進(jìn)行保護(hù)。
本發(fā)明的復(fù)合金屬陶瓷刀具與傳統(tǒng)的金屬陶瓷刀具相比，具有更好的耐磨性、耐熱性和優(yōu)良的切削性能。適合于淬硬鋼、合金耐磨鑄鐵、高強(qiáng)度鋼等一系列超硬難加工材料的加工，也可以用來(lái)制作模具，噴咀等耐磨、耐腐蝕機(jī)械零部件。
實(shí)施例1取Si3N4-Al2O3作為復(fù)合耐磨彌散相，其加入量與Ti(CN)的摩爾比為14∶20∶66。另加入重量百分比為3％Y2O3，1％MgO，2％ZrC，以及3％體積比的金屬相Mo，Ni，金屬相中Ni，Mo的重量比為1∶2。然后加入Al2O3磨球和酒精，料球比為1∶2，球磨72小時(shí)，真空干燥后過(guò)篩，然后放在石墨模具中熱壓，熱壓溫度為1800℃，熱壓壓力為30Mpa，保溫30分鐘，然后將試件切割加工，測(cè)出其力學(xué)性能如下抗彎強(qiáng)度為780Mpa，斷裂韌性K1c為6.5Mpam1/2，硬度為HPA94.5。
實(shí)施例2取Si3N4作為耐磨彌散相，其加入量與Ti(CN)的摩爾比為16∶84，另加入重量百分比為5％Y2O3，3％MgO，及4％Mo2C；以及5％體積比的金屬相Mo，Ni，金屬相中Ni，Mo的重量比為1∶1。然后加入WC磨球和酒精，料球比為1∶8，球磨96小時(shí)，真空干燥后過(guò)篩，然后放在石墨模具中熱壓，熱壓溫度為1750℃，壓力為30Mpa，保溫30分鐘，然后將試件切割加工，測(cè)定其力學(xué)性能如下抗彎強(qiáng)度為890Mpa，斷裂韌性為7.2Mpam1/2，硬度為HRA94。
實(shí)施例3取Al2O3作為耐磨彌散相，其加入量與Ti(CN)的摩爾比為28∶72，另加入重量百分比1％Y2O3，0.5％MgO，1％NiO以及8％Mo2C，2％ZrC，以及3％體積比的金屬相Ni，Mo，金屬相中Ni，Mo的重量比為2∶1。然后加入Al2O3磨球和酒精，料球比為1∶2，球磨72小時(shí)，真空干燥后過(guò)篩，然后放入石墨模具中熱壓，熱壓溫度為1800℃，熱壓壓力為30Mpa，保溫30分鐘，然后將試件切割加工，測(cè)出其力學(xué)性能如下抗彎強(qiáng)度為850Mpa，斷裂韌性K1c為6.4Mpam1/2，硬度HRA為94.2。
實(shí)施例4取Al2O3作為耐磨彌散相，其加入量與Ti(CN)的摩爾比為14∶86，另加入重量1％Y2O3，0.5％MgO，0.5％NiO及4％ZrC，以及10％體積比的金屬相Ni，Mo，金屬相中Ni，Mo的重量比為1∶1。然后加入Al2O3磨球和酒精，料球比為1∶2，球磨72小時(shí)，真空干燥后過(guò)篩。然后放入石墨電阻燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1750℃，恒溫時(shí)間為60分鐘，將試件取出后放入熱等靜壓爐中進(jìn)行再燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1750℃，壓力為200Mpa，時(shí)間為30分鐘，使之達(dá)到完全致密，然后進(jìn)行加工，測(cè)定其力學(xué)性能為抗彎強(qiáng)度為920Mpa，斷裂韌性為7.5Mpam1/2，硬度HRA為93.5。
用上述復(fù)合金屬陶瓷材料制作的刀具具有優(yōu)良的切削性能，在對(duì)硬度為HRC55度的CrWMn淬硬鋼進(jìn)行切削試驗(yàn)時(shí)，切削深度為0.25mm，進(jìn)給量為0.1mm/轉(zhuǎn)，切削速度為107m/min，切削路程為1373米。其后刀面磨損值為0.07mm～0.10mm，而采用市售的Al2O3-TiC陶瓷刀具為0.16mm；在對(duì)硬度為HRC63的86CrMoV7冷軋輥進(jìn)行加工，純的金屬陶瓷刀片基本上加工不動(dòng)，用本發(fā)明的復(fù)合金屬陶瓷刀具，切削深度為1mm，切削速度為60～80m/min，單刃切削總路程為1.5萬(wàn)米，此時(shí)后刀面磨損值為0.1mm，而采用市售的Al2O3-TiC陶瓷刀具則為0.32mm。
權(quán)利要求
1.一種高耐磨性復(fù)合金屬陶瓷刀具材料，其特征在于，用碳氮化鈦?zhàn)鳛橹飨?，用氮化?氧化鋁作為復(fù)合耐磨彌散相，用金屬鉬和鎳作為粘結(jié)相，用氧化物氧化釔，氧化鎳，氧化鎂中的一種以上和碳化物碳化鉬，碳化鋯中的一種或兩種作為燒結(jié)添加劑混合燒結(jié)而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合金屬陶瓷刀具材料，其特征在于，所說(shuō)的碳氮化鈦與耐磨彌散相氮化硅-氧化鋁的摩爾比為60∶40～95∶5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合金屬陶瓷刀具材料，其特征在于，所說(shuō)的氧化物添加劑的加入量為總重量的0.5～10％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合金屬陶瓷刀具材料，其特征在于，所說(shuō)的碳化物添加劑碳化鉬，碳化鋯占材料總重量的1～15％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合金屬陶瓷刀具材料，其特征在于，所說(shuō)的金屬相Mo，Ni占材料的總體積的2～12％。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合金屬陶瓷材料，其特征在于，所說(shuō)的氮化硅-氧化鋁復(fù)合耐磨相中的氮化硅的含量為0～100％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一類復(fù)合金屬陶瓷刀具材料,它是采用碳氮化鈦Ti(CN)作為主相,采用Si
文檔編號(hào)C04B35/64GK1271706SQ0010776
公開日2000年11月1日 申請(qǐng)日期2000年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月26日
發(fā)明者苗赫濯, 齊龍浩, 曾照強(qiáng), 胡曉清, 司文捷 申請(qǐng)人:清華大學(xué)