專利名稱：高TiC含量鐵基金屬陶瓷材料的燃燒合成制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵基金屬陶瓷材料的制備方法，特別是涉及一種高TiC含量的鐵基金屬陶瓷材料制備方法。
背景技術(shù)：
由于鎢和鈷資源的限制，許多西方國家重點發(fā)展以TiC陶瓷為增強相，鎳和鎳合金為粘結(jié)相的無鎢鈷硬質(zhì)合金，并得到了批量生產(chǎn)。95%的貧鎢國家都逐漸使用TiC - Ni 系金屬陶瓷來替代鎢鈷硬質(zhì)合金。用資源更為豐富，價格更低廉的鐵和鐵合金作為粘合相的金屬陶瓷則是未來研究的發(fā)展方向。這對于象我國這樣鎳資源并不豐富的國家，開發(fā)鐵基金屬陶瓷的意義就更大。用鐵基粘合相代替鎳基粘合相，大大降低了鐵基金屬陶瓷的制備成本。其制備成本只有鎳基金屬陶瓷的一半。為金屬陶瓷的大規(guī)模商業(yè)推廣奠定了堅實的基礎(chǔ)。由于鐵的化學(xué)活性較鈷和鎳高，更易于氧化，其與TiC的潤濕性也較鎳和鈷差，加上液相燒結(jié)溫度較鎳基金屬陶瓷要高不少，目前國內(nèi)外發(fā)展的鐵基金屬陶瓷的性能尚不理想，特別是關(guān)鍵指標孔隙度過大，嚴重制約了其在航天、航海、軍工等行業(yè)特殊工況下的應(yīng)用。在低TiC含量(40wt%以下)的鐵基金屬陶瓷，由于這類鐵基金屬陶瓷可以通過高溫鍛造工藝來消除燒結(jié)后的基體組織中存在著一定數(shù)量的孔洞，然后通過熱處理工藝來獲得高硬度。但是這類鐵基金屬陶瓷雖然室溫具有很高的硬度，但是高溫強度和硬度卻顯得不足，這就難以發(fā)揮出金屬陶瓷的優(yōu)勢。這類鐵基金屬陶瓷我國有GT35和R5 (TiC陶瓷含量分別為35襯％和40wt%))兩種牌號，其在退火態(tài)的硬度分別只有HRC46和HRC48，難以滿足高溫(如高速切削)需求。對于TiC含量超過45wt%以上的鐵基金屬陶瓷，由于燒結(jié)孔隙率難以降低，材料性能難以滿足應(yīng)用需求，至今國內(nèi)外尚未有得到實際應(yīng)用的報到。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高TiC含量的鐵基金屬陶瓷材料的燃燒合成制備方法。 經(jīng)過大量的試驗和優(yōu)化，得到了鐵基粘結(jié)相的最佳成份，使得鐵基粘結(jié)相在高溫燃燒合成時，能夠與TiC陶瓷相充分潤濕，即使在高TiC陶瓷含量的情況下，也能獲得接近完全致密的鐵基金屬陶瓷。本發(fā)明高TiC含量鐵基碳化鈦金屬陶瓷的燃燒合成制備方法是這樣的(大于 45wt%的TiC含量)。鐵基金屬陶瓷的成份配方為TiC為45wt% — 80wt%，鐵基粘結(jié)相的含量在55wt% ；其中鐵基粘結(jié)相的最佳成份為Je為65 wt%- 80wt%, Mo為1 wt%- 5wt%, Ni 為 2 wt%- IOwt%, Mn 為 Owt%- IOwt%, Cr 為 10 wt%- 22wt%, Ti 為0 wt%— 2. 5wt%，Si為0 wt%— 2. 5wt%。將以上配好的粉末混合均勻后，壓制成10 χ 10 χ 2厘米的毛坯；然后將毛坯放入模具中，抽真空；然后通電引燃，100秒后，加壓致密化，就可獲得完全致密的鐵基金屬陶瓷。為了減少了鐵粉在鐵基金屬陶瓷燒結(jié)過程中的氧化，提高制備出鐵基金屬陶瓷的性能，鐵基粘結(jié)相中的鐵也可以用不銹鋼粉替代加入。
上述鐵基金屬陶瓷的成份配方中，TiC的部分可用TiN代替，TiN的代替量不超過 TiC 的 5wt%0由于本發(fā)明可以大大改善鐵基粘結(jié)相與碳化鈦陶瓷相之間的潤濕性，使得鐵基粘結(jié)相與碳化鈦陶瓷在高溫燃燒合成時能夠充分潤濕，從而可以獲得完全致密的鐵基金屬陶瓷。制備的金屬陶瓷中的TiC含量高，其硬度硬，耐磨性和高速切削性能好，而且其比重低， 適宜在高速切削刀具，高溫高速軸承和齒輪，坦克裝甲，航空航天部件，及其它高溫耐磨零件上應(yīng)用。
具體實施例方式實施例一鐵基金屬陶瓷的配方Ti粉為40wt%，炭黑為Wtll^Je粉為39wt%， Mo粉為Iwt %，Ni粉為，Cr粉為5wt%，Si粉為Iwt %，以上金屬粉的粒度均為200 目。配好的粉末在混合均勻后，首先被壓制的10 χ 10 χ 2厘米的毛坯；然后將毛坯放入模具中；然后，抽真空；然后通電引燃，100秒后，加壓致密化，就可獲得完全致密的鐵基金屬陶瓷。金屬陶瓷硬的度達HRC67，三點彎曲強度約900MPa，彈性模量為250GPa，密度約為 5. 67g/cm3,斷裂韌性為7. 5MPa. m_"2左右。此例中鐵基粘結(jié)相的成份是Je含量約78wt %， Mo含量為2wt%，Ni含量為8. 9wt%，Cr含量為IOwt%，Si含量為2wt%。TiC陶瓷相為 50wt%。實施例二 鐵基金屬陶瓷的配方400目的TiN粉為5wt%，Ti粉為57wt%，F(xiàn)e 粉為 17wt%，Mo 粉為 1. 25wt%, Ni 粉為 2wt%，Mn 粉為 2wt%，Cr 粉為 1. 75wt%，炭黑為 Hwt%。以上金屬粉的粒度均為200目。配好的粉末在混合均勻后，首先被壓制的10 χ 10 χ 2厘米的毛坯；然后將毛坯放入模具中；然后，抽真空；然后通電引燃，100秒后，加壓致密化，就可獲得完全致密的鐵基金屬陶瓷。鐵基金屬陶瓷硬的度達HRC74，三點彎曲強度達 800MPa,彈性模量為300GPa，密度約為5. 5g/cm3,斷裂韌性為6. IMPa. nTV2左右。此例中鐵基粘結(jié)相的成份是Je含量為72wt %，Mo含量為5wt %，Ni含量為8wt %，Mn含量為8wt %， Cr含量為7wt %，Ti含量為%。TiC和TiN陶瓷相含量為75wt % .
實施例三鐵基金屬陶瓷的制備工藝采用燃燒合成工藝，TiC陶瓷相利用燃燒合成的方式生成，鐵基粘結(jié)相中鐵組分采用304不銹鋼。具體配方如下400目的TiN粉5wt%， 炭黑為llwt%，Ti粉為45wt%，Mo粉為Iwt %，304不銹鋼粉為36wt%，Cr粉為1. 5wt%, Si為0.5wt%。以上金屬粉的粒度均為200目。配好的粉末在混合均勻后，首先被壓制的 10 χ 10 χ 2厘米的毛坯；然后將毛坯放入真空模具中；然后，抽真空；接著通電引燃毛坯，觸發(fā)燃燒合成反應(yīng)，100秒后，加壓致密化，就可獲得完全致密的金屬陶瓷。金屬陶瓷硬的度達HRC72，三點彎曲強度達900MPa，彈性模量為290GPa，密度約為5. 61g/cm3,斷裂韌性為6. 5MPa. m-1/2左右。此例實際制備出的鐵基金屬陶瓷成份應(yīng)該是TiC和TiN陶瓷相為60wt%，鐵基粘結(jié)相為40wt%，其中鐵基粘結(jié)相的成份大致為Te為67wt%，Mo為 2. 5wt%, Ni 為 7. 25wt%, Cr 為 21. 5wt%, Si 為 1. 25wt%禾口 Ti 為 2. 5wt%0
權(quán)利要求
1.一種高TiC含量的鐵基金屬陶瓷材料的燃燒合成制備方法，其特征在于所述鐵基金屬陶瓷材料的配方為鐵基金屬陶瓷的成份配方為TiC為45wt% — 80wt%，鐵基粘結(jié)相的含量在20wt%— 55wt% ；其中鐵基粘結(jié)相的最佳成份為Fe為65 wt%- 80wt%,Mo為 1 wt%- 5wt%,Ni 為 2 wt%- 10wt%,Mn 為 0wt%— 10wt%,Cr 為 10 wt%— 22wt%,Ti 為0 2. 5wt%，Si為02. 5wt%，將以上配好的鐵基金屬陶瓷粉末混合均勻后，壓制成10 χ 10 χ 2厘米的毛坯；然后將毛坯放入模具中，抽真空；然后通電引燃，100 秒后，加壓致密化，就可獲得完全致密的鐵基金屬陶瓷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高TiC含量的鐵基金屬陶瓷材料的燃燒合成制備方法，其特征在于鐵基粘結(jié)相的鐵可用不銹鋼粉替代加入。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高TiC含量的鐵基金屬陶瓷材料的燃燒合成制備方法，其特征在于所述鐵基金屬陶瓷的成份配方中，TiC的部分可用TiN代替，TiN的代替量不超過 TiC 的 5wt%0
全文摘要
本發(fā)明公開了一種燃燒合成法制備高陶瓷含量鐵基碳化鈦金屬陶瓷的方法。其成份配方為TiC為45wt％－80wt％，鐵基粘結(jié)相的含量在20wt％－55wt％；其中鐵基粘結(jié)相的最佳成份為Fe為65wt％－80wt％，Mo為1wt％－5wt％，Ni為2wt％－10wt％，Mn為0wt％－10wt％，Cr為10wt％－22wt％，Ti為0wt％－2.5wt％，Si為0wt％－2.5wt％。將以上配好的鐵基金屬陶瓷粉末混合均勻后，壓制成10x10x2厘米的毛坯；然后將毛坯放入模具中，抽真空；然后通電引燃，100秒后，加壓致密化，就可獲得完全致密的鐵基金屬陶瓷。本發(fā)明可以大大改善鐵基粘結(jié)相與碳化鈦陶瓷相之間的潤濕性，使得鐵基粘結(jié)相與碳化鈦陶瓷在高溫燒結(jié)時能夠充分潤濕，從而可以獲得完全致密的鐵基金屬陶瓷。
文檔編號C22C29/10GK102383022SQ20111035902
公開日2012年3月21日 申請日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者王華彬 申請人:王華彬