專利名稱：一種金屬陶瓷刀具材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種金厲陶瓷刀具材料及其制備方法，特別涉及具有不銹鋼粘結(jié)劑的TiCN基金厲陶瓷及其 制備方法。
背景技術(shù)：
自1923年發(fā)明以來，WC-Co系硬質(zhì)合金一直是切削加工的最主要材料。用于制造硬質(zhì)合金的W和Co 都;稀缺的戰(zhàn)略資源,據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局2000年統(tǒng)計，世界鎢儲量為370萬t,儲量基礎(chǔ)為580萬t。世 界鎢儲量主要集中在中國、俄羅斯、加拿大和美國，四國占世界總量的84%。在世界鎢儲量中，中國占 66%,居世界首位，但總體說來，鎢仍然是一種稀缺的戰(zhàn)略資源，國內(nèi)外市場上W價格上漲。目前世界Co 儲量(不含中國)約為450萬噸，儲量基礎(chǔ)為960萬噸，且主要分布在政治動蕩的非洲國家；而我國Co資 源缺乏，硬質(zhì)合金刀具占全國Co消耗量的70X， Co產(chǎn)量不能滿足國內(nèi)需求，半數(shù)需要進口， Co的供貨與 需求情況復(fù)雜，很不穩(wěn)定(中非政局動蕩，供貨困難；俄羅斯經(jīng)濟不穩(wěn)定，出口前榮不明朗)，致使Co的 價格波動幅度較大。而且據(jù)報道，肺癌與吸入含Co的粉末有關(guān)。因此硬質(zhì)合金行業(yè)希望降低Co的用量和 尋找Co的代替品。
開發(fā)少(無)W、 Co的金屬陶瓷迫在眉睫。TiCN已經(jīng)證明了可取代WC做硬質(zhì)相，而Fe在元素周期表 中與Co、 Ni同屬鐵族金屬，密度、熔點、原子半徑相近，物理、化學(xué)性能相近，是代替Co的候選。更 重要的是，Ni和Fe資源要豐富的多，我國Ti資源具世界之首，占世界己開采儲量的64V而四川省的攀 西地區(qū)這個占國土面積僅0.7X的地區(qū)則蓬藏著全國93X的Ti資源，占絕對優(yōu)勢；Fe更可以說是一種平民 化的金厲。專利98808562.3公開了一種含鈷一鎳一鐵粘結(jié)劑的金厲陶瓷制成的刀片。該刀片包含至少一 種硬質(zhì)組元(WC或TiCN)和約2-19wt^的Co—Ni—Fe粘結(jié)劑。所述Co—Ni—Fe粘結(jié)劑的特點在于甚 至在發(fā)生塑性變形時，所述粘結(jié)劑仍基本上保持其面心立方(fcc)晶體結(jié)構(gòu)不變，而且，能夠避免出現(xiàn) 應(yīng)力和/或應(yīng)變誘發(fā)的轉(zhuǎn)變。
盡管近年來對Fe代Co硬質(zhì)合金作了較多的研究，但由于Fe對硬質(zhì)相的潤濕性不好，鐵粉濕磨不易 分散，制出的合金孔隙度大，容易氧化生銹等特點。因此，目前，F(xiàn)e基合金粘粘的硬質(zhì)合金只在礦山工具、 耐磨零件等幾個領(lǐng)域得到了有限的應(yīng)用，而在典型的硬質(zhì)合金產(chǎn)品——切削刀具領(lǐng)域應(yīng)用很少。本發(fā)明克 服上述工藝問題，制備出了性能優(yōu)異的TiCN"Fe金厲陶瓷切削刀片。本發(fā)明制成的金厲陶瓷刀片具有高的 硬度和耐磨性，耐腐蝕性，低的孔隙度和低的成本及戰(zhàn)略資源消耗，可用于低碳鋼的(半)精加工。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對目前硬質(zhì)合金對戰(zhàn)略資源消耗大的問題，以及Fe粘結(jié)劑的硬質(zhì)合金在切削刀具領(lǐng)域應(yīng)用 極少的現(xiàn)狀，發(fā)明了一種不銹鋼粘結(jié)劑TiCN基金厲陶瓷及其制備方法。
本發(fā)明的金屬陶瓷切削刀具材料,其特征在于粘結(jié)相占15 25wtX，為不銹鋼成分；Mo2C占10 15wtX; 其余為TiCN硬質(zhì)相。
本發(fā)明的金厲陶瓷的制備方法，依次包括以下兩個步驟
(1) 制備粘結(jié)相粉末將鉻鐵粉、羰基鐵粉、羰基鎳粉和碳黑粉配制成成分為Cr:18 20vrtX， Ni:8 11wtX， C: 0.05 0.12wtX的不銹鋼成分,經(jīng)過機械合金化處理，制得的粉末用作金屬陶瓷的不銹鋼粘 結(jié)相；
(2) 制備金厲陶瓷將制備出的粘結(jié)相粉末、M02C和TiCN粉末進行混合濕磨，料漿經(jīng)過過濾、干燥、 壓制成型和燒結(jié)制成金厲陶瓷刀具材料；
本發(fā)明的金厲陶瓷的制備方法，其進一步的特征在于
(1) 制備粘結(jié)相粉末時，鉻鐵粉含Cr60 70wtX,粒度為-100O -1200目；羰基鎳粉和羰基鐵粉的粒 度為1.5 2.5nm;碳黑粉末的粒度〈1.0um:不銹鋼成分的混合粉末的機械合金化處理在行星式球磨 機中進行,球磨轉(zhuǎn)速為200 300r/min,研磨時間為24 48h，研磨球為直徑08mn的3O4不銹鋼球，球 料比(wtX)為10: 1:濕磨介質(zhì)為無水乙酵，并加入0.3 1.0wtX的硬脂酸山梨糧脂作分散劑，無水 乙醇加量為250~300ml/Kg;過濾真空干燥后便制備出不銹鋼粘結(jié)相粉末；
(2) 制備金厲陶瓷時，MoaC的粒度為1.0~1.5wm; TiCN的粒度為0. 8~1. 5w m;濕磨在滾筒式球磨 機中進行，球磨轉(zhuǎn)速為50 80r/min,研磨時間為48 56h.研磨球為直徑(D10r加的WC-8wtXCo硬質(zhì) 合金汰球料比(wtX)為15: 1;濕磨介質(zhì)為無水乙醇，并加入1.0 2.0wtX的成型劑聚乙二醇，無 水乙醇加量為250 300ml/Kg;過濾干燥后的粉末在300 400MPa的壓力下成型；燒結(jié)在真空爐中進 行，脫成型劑在真空度高于10 15Pa下進行，在400'C 6(XrC之間保溫2-4h;燒結(jié)真空度高于1~5 X10—2pa下進行，燒結(jié)溫度為142(TC 1460'C，保溫時間為1 1.5h。
本發(fā)明的優(yōu)點在于
由于Fe粉濕磨不易分散，本發(fā)明采用高能球磨法，使其均勻分散；同時粘結(jié)劑是不銹鋼成分，為單 相奧氏體，具有良好抗氧化和腐蝕性能；添加的MoW與TiCN之間形成復(fù)雜固溶體，可改善Fe粘結(jié)劑與 TiCN之間的潤濕性，以減小燒結(jié)后金厲陶瓷的孔隙度，并獲得良好的機械性能。本發(fā)明制成的金厲陶瓷刀 片具有高硬度和耐磨性，耐腐蝕性，低孔隙度、低的戰(zhàn)略資源消耗和高的性價比，可用于低碳鋼的(半) 精加工。


圖1本發(fā)明中實例1金厲陶瓷微觀組織形貌(5000X) 圖2本發(fā)明中實例2金屬陶瓷微觀組織形貌(5000X)
具體實施例方式
實例1:原料特征如下粒度為-1000目的鉻鐵粉，含Cr65vrtV ;羰基鎳粉和羰基鐵粉的粒度為1.5-2. 5 um， M02C的粒度為1.55um;碳黑粉末的粒度0.8um ; TiCN的C/N為70: 30,其粒度為1. 0~1. 5um。 將這些粉末配制成成分為Cr:18wtX， Ni:9wtX， C: 0.05wtX，混合粉末在行星式球磨機中進行研磨，球磨 轉(zhuǎn)速為200r/min,研磨時間為24h.研磨球為直徑08nm的304不銹鋼球，球料比為10: 1;濕磨介質(zhì)為 無水乙醇，并加入0.3vrtX的硬脂酸山梨糧脂作分散劑；過濾真空干燥后便制備出不銹鋼粘結(jié)相粉末。金厲 陶瓷的配方為粘結(jié)相占15wtX， Mo2C占10wtX，其余為TiCN硬質(zhì)相。濕磨在滾筒式球磨機中進行，球磨轉(zhuǎn) 速為56r/min,研磨時間為48h,研磨球為直徑O10mm的WC-8vrtXCo硬質(zhì)合金球，球料比為15: 1;濕磨 介質(zhì)為無水乙醇，并加入1wtX的聚乙二醇；過濾干燥后的粉末在300 400MPa的壓力下成型；燒結(jié)在真空 爐中進行.脫膠在真空度高于10 15Pa下進行，在400'C 600'C之間保溫2-4h;燒結(jié)真空度高于1 5 X10—卞a下進行，燒結(jié)溫度為146(n:，保溫時間為1 1.5h。根據(jù)上述成分和工藝條件制備的Fe基金屬陶 瓷組織均勻，其晶粒度為0.8-1.0um,抗彎強度1400MPa,硬度92.0HRA，其微觀形貌見圖1。本成分金屬 陶瓷可用于低碳鋼的精加工。
實例2:原料特征如下:粒度為-1000目的鉻鐵粉，含Cr65wtV ;羰基鎳粉和幾基鐵粉的粒度為1. 5-2. 5 nm, Mo2C的粒度為1.55ixm;碳黑粉末的粒度0.8um ; TiCN的C/N為50: 50，其粒度為1.0-1. 5wm。 將這些粉末配制成成分為Cr:19wtX， Ni:10wtX， C: 0. 08wtV混合粉末在行星式球磨機中進行研磨，球磨 轉(zhuǎn)速為200r/min,研磨時間為36h.研磨球為直徑C)8mn的304不銹鋼球，球料比為10: 1:濕磨介質(zhì)為 無水乙醇，并加入0.3wtX的硬脂酸山梨糧脂作分散劑；過濾真空干燥后便制備出不銹鋼粘結(jié)相粉末。金厲 陶瓷的配方為粘結(jié)相占25wtX， llloaC占15wtX，其余為TiCN硬質(zhì)相。濕磨在滾筒式球磨機中進行，球磨轉(zhuǎn) 速為56r/mVi.研磨時間為56h,研磨球為直徑01Omm的WC-8wtXCo硬質(zhì)合金球.球料比為15: 1;濕磨 介質(zhì)為無水乙酵，并加入1wtX的聚乙二酵；過濾干燥后的粉末在300 400MPa的壓力下成型；燒結(jié)在真空 爐中進行，脫膠在真空度離于10 15Pa下進行，在400'C 600t:之間保溫2-4h;燒結(jié)真空度高于1 5 X10—2pa下進行，燒結(jié)溫度為1440'C,保溫時間為1 1.5h。根據(jù)上述成分和工藝條件制備的Fe基金厲陶 瓷組織均勻，其晶粒度為0.8-1.0um,抗彎強度1620MPa,硬度91.4冊A,其微觀形貌見圖2。本成分金屬 陶瓷可用于低碳鋼的半精加工。
權(quán)利要求
1.一種金屬陶瓷切削刀具材料，其特征在于粘結(jié)相占15～25wt％，為不銹鋼成分；Mo2C占10～15wt％；其余為TiCN硬質(zhì)相。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1述的金屬陶瓷的制備方法，依次包括以下兩個步驟(1) 制備粘結(jié)相粉末將鉻鐵粉、羰基鐵粉、羰基鎳粉和碳黑粉配制成成分為Cr:18 20wt%， Ni:8 11wt%， C: 0. 05 0.12wt9i的不銹鋼成分,經(jīng)過機械合金化處理，制得的粉 末用作金屬陶瓷的不銹鋼粘結(jié)相；(2) 制備金屬陶瓷將制備出的粘結(jié)相粉末、Mo2C和TiCN粉末進行混合濕磨，料漿經(jīng)過 過濾、干燥、壓制成型和燒結(jié)制成金屬陶瓷刀具材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬陶瓷的制備方法，其特征在于(1) 制備粘結(jié)相粉末時，鉻鐵粉含Cr60 70wtV粒度為-1000 H200目；羰基鎳粉和羰 基鐵粉的粒度為1.5 2.5um;碳黑粉末的粒度〈1.0nm;不銹鋼成分的混合粉末的機械 合金化處理在行星式球磨機中進行，球磨轉(zhuǎn)速為200 300r/min.研磨時間為24 48h, 研磨球為直徑①8mm的304不銹鋼球，球料比(wt%)為10: 1;濕磨介質(zhì)為無水乙醇， 并加入0.3 1.0wtX的硬脂酸山梨糧脂作分散劑，無水乙醇加量為250 300ml/Kg;過濾 真空干燥后便制備出不銹鋼粘結(jié)相粉末；(2) 制備金屬陶瓷時，MoaC的粒度為1.0 1.5um; TiGN的粒度為0. 8 1. 5u m;濕磨在 滾筒式球磨機中進行，球磨轉(zhuǎn)速為50 80r/min,研磨時間為48 56h,研磨球為直徑0> 10mm的WC-8wtXCo硬質(zhì)合金球，球料比(wt%)為15: 1;濕磨介質(zhì)為無水乙醇，并加入 1.0 2.0wtX的成型劑聚乙二醇，無水乙醇加量為250 300ml/Kg;過濾干燥后的粉末在 300 400MPa的壓力下成型；燒結(jié)在真空爐中進行，脫成型劑在真空度高于10 15Pa下 進行，在400" 600'C之間保溫2-4h;燒結(jié)真空度高于1 5X10—2Pa下進行，燒結(jié)溫度 為1420。C 1460。C，保溫時間為1~1. 5h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種不銹鋼粘結(jié)的TiCN基金屬陶瓷刀具材料及制備方法，其特征在于粘結(jié)相占15～25wt％，為不銹鋼成分；添加10～15wt％的Mo₂C；其余為TiCN硬質(zhì)相。首先將鉻鐵粉、羰基鐵粉、羰基鎳粉配制成成分為Cr18～20wt％，Ni8～11wt％，C0.05～0.12wt％的不銹鋼成分。加入硬脂酸山梨糧脂作分散劑，在行星球磨機中進行機械合金化，制得不銹鋼預(yù)合金粉末作金屬陶瓷的粘結(jié)相；然后將粘結(jié)相粉末、Mo₂C和TiCN粉末在無水乙醇中進行濕磨，并加入聚乙二醇，料漿經(jīng)過過濾、干燥、壓制成型和燒結(jié)制成金屬陶瓷刀具材料。本發(fā)明制成的金屬陶瓷刀片具有高硬度和耐磨性，耐腐蝕性，低孔隙度、低的戰(zhàn)略資源消耗和高的性價比，可用于低碳鋼的(半)精加工。
文檔編號C22C29/04GK101343709SQ200810045998
公開日2009年1月14日 申請日期2008年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月8日
發(fā)明者吳悅梅, 梅 楊, 計 熊, 郭智興, 陳建中 申請人:四川大學(xué)