專利名稱：一種Ti(CN)金屬陶瓷的木工刀具材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及木工刀具材料技術領域，具體涉及一種Ti (CN)金屬陶瓷的木工刀具材料及制備這種材料所采用的粉末冶金制造技術。
背景技術：
通常木工刀具材料主要包括碳素工具鋼、合金工具鋼、斯太立合金、高速鋼等，這些材料常用于低切削速度、低進料速度及加工精度要求不高的場合，一般用于實木加工。隨著纖維板、刨花板、膠合板和層積材等木質復合材料的出現(xiàn)，這些傳統(tǒng)的切削材料已不能滿足工藝要求，原用于金屬加工的硬質合金材料，現(xiàn)已廣泛的應用于木材加工，逐步替代了高速鋼等材料；聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼由于具有極高的硬度和耐磨性，摩擦系數(shù)小、熱膨脹系數(shù)低，切削時不易產(chǎn)生積屑瘤，刀刃不易鈍化并可以獲得較高質量的表面等優(yōu)點也已成為木工刀具材料的新秀。但現(xiàn)有的木工刀具具有以下缺點1、制造成本較高。由于高速鋼、硬質合金和超硬材料系采用W、Cr、Co或P⑶(人造聚晶金剛石)、PCBN(聚晶立方氮化硼)，高速鋼雖然制造成本較其他材料低，但在加工高強度的木工復合材料方面由于受到加工效率和表面光潔度的影響應用受到限制；硬質合金、 PCD、PCBN材料雖能夠滿足高強度木工復合材料的加工要求，其制造工藝和配方?jīng)Q定了材料成本較高。2、刀具材料的選擇存在耐磨性(硬度)和韌性(強度)的矛盾。3、抗腐蝕能力較差。由于木材中含有酸性物質，刀具易被腐蝕。金屬陶瓷刀具廣泛應用于金屬切削加工領域，高的切削速度和高的工件表潔度是其應用的一個顯著特征， 由于它的密度只有硬質合金的一半，其單片成本與硬質合金、PCD、PCBN相比具有較大優(yōu)勢。 木工刀具材料現(xiàn)在主要以高速鋼和硬質合金為主，隨著纖維板、刨花板等木質復合材料的出現(xiàn)，對加工效率和木材的表面光潔度提出了更高的要求，刀具材料必須具備高硬度和高強度的特征才能適應這一趨勢。但長期以來，金屬陶瓷刀具材料雖具有高的硬度，但脆性大、韌性差，其應用受到一定的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種Ti (CN)金屬陶瓷的木工刀具材料及其制備方法，它解決了現(xiàn)有金屬陶瓷刀具材料脆性大、韌性差的缺點，制造工藝與硬質合金制造工藝相同。由于Ti (CN)金屬陶瓷刀具材料的密度只有硬質合金的一半(或更低)，其木工刀具材料的單件制造成本也將比硬質合金、P⑶、PCBN等材料低一半以上，應用前景非常廣闊。為了解決背景技術所存在的問題，本發(fā)明是采用以下技術方案它的配方組成為 Ti (CN)粉末50-65 %、鈷粉5-10 %、鎳粉5_10 %、鉬粉8_15 %、碳化鎢粉10-20 %、碳化鉭粉 4-8%、碳化鉻和碳化釩粉0-1.0%;它的制備方法為配料一球磨一噴霧干燥一壓制一壓力燒結一成品。上述金屬陶瓷原料配方中，Ti(CN)粉末中碳原子與氮原子的摩爾比為7 3或
33 7。碳化鉻和碳化釩粉可以單一加入也可任意比例混合加入，但總計的加入比例在 0-1. 0%。上述金屬陶瓷原料的純度均大于99. 5%，平均粒度小于2. 0 μ m。本發(fā)明通過優(yōu)化Ti (CN)金屬陶瓷的材料配方，利用氣氛燒結及壓力燒結工藝改善了液相對Ti (CN)、WC的潤濕性，強化了晶界，提高了各組成相得的結合強度，最終得到不低于如下規(guī)定的物理機械性能和金相組織結構。本發(fā)明在熱穩(wěn)定性、導熱性、耐蝕性、抗氧化性及高溫硬度、高溫強度等方面具有明顯優(yōu)勢。與其他刀具材料相比，該刀具的耐用度和使用壽命提高1-10倍，切削速度提高 1. 5-3倍，切削加工費用下降20% — 40%，為金屬陶瓷刀具加工木工復合材料提供了廣泛的應用前景。


圖1為本發(fā)明規(guī)定的物理機械性能示意圖，圖2為本發(fā)明規(guī)定的金相組織結構示意圖。
具體實施例方式參照圖1-2，本具體實施方式
采用以下技術方案它的配方組成為=Ti(CN)粉末 50-65 %、鈷粉5-10 %、鎳粉5-10 %、鉬粉8-15 %、碳化鎢粉10-20 %、碳化鉭粉4_8 %、碳化鉻和碳化釩粉0-1.0% ；它的制備方法為配料一球磨一噴霧干燥一壓制一壓力燒結一成
P
ΡΠ O它的具體制備方法為將原料粉末按照上述質量百分數(shù)的比例配料后加入用硬質合金做研磨體的滾動球磨機，球磨機的轉速為30-40轉/分鐘，球磨的球料比為 5-11 1，球磨介質為無水乙醇，同時加入原料總質量4. 0-4. 5%的成型劑及0.5-1.0%的表面活化劑，累計的球磨時間為72-120小時，球磨到點后的料漿采用噴霧干燥進行霧化干燥，干燥溫度80°C _100°C，干燥時間100-160分鐘，得到的噴霧干燥混合粒料的松裝密度為2. 0-3. 3g/cm3,流動性為30-50秒/50g，將達到該要求的噴霧粒料通過精密壓機成型在壓力燒結爐中進行燒結，其燒結工藝為脫成型劑溫度30°C -500°C，時間360-480分鐘，載氣流量15-60升/分；燒結溫度1410°C -1460°C，載氣壓力4. 0-6. OMPa，保溫時間 40-70分鐘。燒結后的物理機械性能及金相組織結構滿足規(guī)定的要求，如圖1、圖2。上述金屬陶瓷原料配方中，Ti(CN)粉末中碳原子與氮原子的摩爾比為7 3或 3 7。碳化鉻和碳化釩粉可以單一加入也可任意比例混合加入，但總計的加入比例在 0-1. 0%。上述金屬陶瓷原料的純度均大于99. 5%，平均粒度小于2.0 μ m。本具體實施方式
通過優(yōu)化Ti (CN)金屬陶瓷的材料配方，利用氣氛燒結及壓力燒結工藝改善了液相對Ti (CN)、WC的潤濕性，強化了晶界，提高了各組成相得的結合強度。本具體實施方式
在熱穩(wěn)定性、導熱性、耐蝕性、抗氧化性及高溫硬度、高溫強度等方面具有明顯優(yōu)勢。與其他刀具材料相比，該刀具的耐用度和使用壽命提高1-10倍，切削速度提高1. 5-3倍，切削加工費用下降20% _40%，為金屬陶瓷刀具加工木工復合材料提供
4了廣泛的應用前景。實施例1 將質量百分數(shù)按照Ti (CN)粉55% ；鈷粉6% ；鎳粉6% ；銷粉8% ；碳化鎢粉 20% ；碳化鉭粉5%的比例配料后加入用硬質合金做研磨體的滾動球磨機(原料的純度均大于99. 5 %，平均粒度小于2. Oym)，球磨機的轉速為35轉/分鐘，球磨的球料比為 10 1，球磨介質為無水乙醇，同時加入原料總質量4. 的成型劑及0.3%的油酸、0.4% 的硬脂酸，累計的球磨時間為96小時，球磨到點后的料漿采用噴霧干燥進行霧化干燥，干燥出口溫度90°C，干燥時間120分鐘，得到的噴霧干燥混合粒料的松裝密度為2. 95g/ cm3，流動性為37秒/50g，將達到該要求的噴霧粒料通過精密壓機成型在壓力燒結爐中進行燒結，其燒結工藝為脫成型劑溫度30°C -500°C，時間380分鐘，載氣流量40升/分；燒結溫度1440°C，載氣壓力5. 5MPa，保溫時間60分鐘。燒結后的物理機械性能及金相組織結構為密度6. 98g/cm3 ；硬度HRA93. 0 ；強度 TRS :2020MPa ；金相A02B02C00E00。用這種金屬陶瓷刀具材料制成50*12*12木工刀，加工中密度纖維木質板，切削速度300m/min ；切深1. 5mm ；進給量0. 3mm/z，切削壽命為30min，每單件刀具的成本僅是硬質合金的1/2。實施例2 將質量百分數(shù)按照Ti (CN)粉60% ；鈷粉7% ；鎳粉7% ；銷粉10% ；碳化鎢粉 10. 2% ；碳化鉭粉5% ；碳化鉻粉0. 4% ；碳化釩粉0. 4%的比例配料后加入用硬質合金做研磨體的滾動球磨機(原料的純度均大于99. 5 %，平均粒度小于2. 0 μ m)，球磨機的轉速為35轉/分鐘，球磨的球料比為10 1，球磨介質為無水乙醇，同時加入原料總質量 4. 2%的成型劑及0. 3%的油酸、0. 3%的硬脂酸，累計的球磨時間為100小時，球磨到點后的料漿采用噴霧干燥進行霧化干燥，干燥出口溫度90°C，干燥時間120分鐘，得到的噴霧干燥混合粒料的松裝密度為3. lOg/cm3，流動性為34秒/50g，將達到該要求的噴霧粒料通過精密壓機成型在壓力燒結爐中進行燒結，其燒結工藝為脫成型劑溫度30°C -500 時間480分鐘，載氣流量40升/分；燒結溫度1420°C，載氣壓力5. OMPa，保溫時間60分鐘。燒結后的物理機械性能及金相組織結構為密度6. 70g/cm3 ；硬度HRA93. O ；強度 TRS 2IOOMPa ；金相A02 B02 COO E00。用這種金屬陶瓷刀具材料制成30*7. 0*4. OT指接刀，加工竹木復合板，切削速度 350m/min ；切深1. 5mm ；進給量0. 5mm/z，切削壽命為90min，刀具后刀面磨損VB :0. 35mm, 每單件刀具的成本僅是硬質合金的1/4。實施例3 將質量百分數(shù)按照Ti (CN)粉54% ；鈷粉9% ；鎳粉11% ；鉬粉10% ；碳化鎢粉 10. 2% ；碳化鉭粉5% ；碳化鉻粉0. 8%的比例配料后加入用硬質合金做研磨體的滾動球磨機(原料的純度均大于99. 5%，平均粒度小于2. O μ m)，球磨機的轉速為35轉/分鐘，球磨的球料比為10 1，球磨介質為無水乙醇，同時加入原料總質量4. 的成型劑及0.3% 的油酸、0.4%的硬脂酸，累計的球磨時間為110小時，球磨到點后的料漿采用噴霧干燥進行霧化干燥，干燥出口溫度90°C，干燥時間130分鐘，得到的噴霧干燥混合粒料的松裝密度為3. OOg/cm3，流動性為35秒/50g，將達到該要求的噴霧粒料通過精密壓機成型在壓力燒結爐中進行燒結，其燒結工藝為脫成型劑溫度30°C -500°C，時間470分鐘，載氣流量 35升/分；燒結溫度1410°C，載氣壓力5. 5MPa，保溫時間60分鐘。燒結后的物理機械性能及金相組織結構為密度7. 02g/cm3 ；硬度HRA93. 5 ；強度 TRS :2200MPa ；金相A02 B02 COO E00。用這種金屬陶瓷刀具材料制成14*14*2. O木工刀，加工竹木復合板，切削速度 400m/min ；切深1. Omm ；進給量0. 3mm/z，切削壽命為50min，每單件刀具的成本僅是硬質
合金的1/3。
權利要求
1.一種Ti (CN)金屬陶瓷的木工刀具材料及其制備方法，其特征在于它的配方組成為 Ti (CN)粉末50-65 %、鈷粉5-10 %、鎳粉5_10 %、鉬粉8_15 %、碳化鎢粉10-20 %、碳化鉭粉 4-8%、碳化鉻和碳化釩粉0-1.0%;它的制備方法為配料一球磨一噴霧干燥一壓制一壓力燒結一成品。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種Ti(CN)金屬陶瓷的木工刀具材料及其制備方法，其特征在于它的具體制備方法為將原料粉末按照上述質量百分數(shù)的比例配料后加入用硬質合金做研磨體的滾動球磨機，球磨機的轉速為30-40轉/分鐘，球磨的球料比為5-11 1， 球磨介質為無水乙醇，同時加入原料總質量4. 0-4. 5%的成型劑及0. 5-1. 0%的表面活化劑，累計的球磨時間為72-120小時，球磨到點后的料漿采用噴霧干燥進行霧化干燥，干燥溫度80°C -100°C，干燥時間100-160分鐘，得到的噴霧干燥混合粒料的松裝密度為 2. 0-3. 3g/cm3，流動性為30-50秒/50g，將達到該要求的噴霧粒料通過精密壓機成型在壓力燒結爐中進行燒結，其燒結工藝為脫成型劑溫度30°C -500°C，時間360-480分鐘，載氣流量15-60升/分；燒結溫度1410°C -1460°C，載氣壓力4. 0-6. OMPa，保溫時間:40-70分鐘。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種Ti(CN)金屬陶瓷的木工刀具材料及其制備方法，其特征在于所述的Ti(CN)粉末中碳原子與氮原子的摩爾比為7 3。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種Ti(CN)金屬陶瓷的木工刀具材料及其制備方法，其特征在于所述的Ti(CN)粉末中碳原子與氮原子的摩爾比為3 7。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種Ti(CN)金屬陶瓷的木工刀具材料及其制備方法，其特征在于所述的碳化鉻和碳化釩粉單一加入，總計的加入比例在0-1.0%。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種Ti(CN)金屬陶瓷的木工刀具材料及其制備方法，其特征在于所述的碳化鉻和碳化釩粉任意比例混合加入，總計的加入比例在0-1.0%。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種Ti(CN)金屬陶瓷的木工刀具材料及其制備方法，其特征在于所述的木工刀具材料純度均大于99. 5 %，平均粒度小于2. 0 μ m。
全文摘要
一種Ti(CN)金屬陶瓷的木工刀具材料及其制備方法，它涉及木工刀具材料技術領域。它的配方組成為Ti(CN)粉末50-65％、鈷粉5-10％、鎳粉5-10％、鉬粉8-15％、碳化鎢粉10-20％、碳化鉭粉4-8％、碳化鉻和碳化釩粉0-1.0％；它的制備方法為配料→球磨→噴霧干燥→壓制→壓力燒結→成品。它與其他刀具材料相比，該刀具的耐用度和使用壽命提高1-10倍，切削速度提高1.5-3倍，切削加工費用下降20％-40％，為金屬陶瓷刀具加工木工復合材料提供了廣泛的應用前景。
文檔編號B22F3/16GK102433482SQ20101029557
公開日2012年5月2日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權日2010年9月29日
發(fā)明者李克林 申請人:成都邦普合金材料有限公司