一種低壓滲氮法制備富氮功能梯度金屬陶瓷的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低壓滲氮法制備富氮功能梯度金屬陶瓷的方法，本方法所述金屬陶瓷為Ti(C，N)基金屬陶瓷，以Ti(C，N)和/或TiC，TiN為主要硬質(zhì)相，以Co和/或Ni等鐵族金屬為粘結(jié)相。本發(fā)明方法是將金屬陶瓷燒結(jié)體裝入真空一體爐中，在真空燒結(jié)狀態(tài)下，以3～7℃/min的升溫速度升至預(yù)置的滲氮溫度，所述預(yù)置的滲氮溫度為1200～1400℃；當(dāng)爐體溫度達(dá)到預(yù)置的滲氮溫度時(shí)，采用氮?dú)夥謮簾Y(jié)工藝進(jìn)行滲氮，控制分壓壓力為2000～6000Pa，保溫2～6h后，在氮?dú)鈿夥障吕鋮s，獲得表面富氮功能梯度金屬陶瓷。本發(fā)明方法具有投資小，生產(chǎn)成本低，效率高的特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化轉(zhuǎn)化。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬陶瓷的制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種低壓滲氮法制備富氮功能 梯度金屬陶瓷的方法。 一種低壓滲氮法制備富氮功能梯度金屬陶瓷的方法

【背景技術(shù)】
[0002] Ti(C，N)基金屬陶瓷具有較高的硬度，耐磨性，紅硬性，同時(shí)具備優(yōu)異的高溫性能 和化學(xué)穩(wěn)定性。作為刀具基材，金屬陶瓷因其良好的加工性能被廣泛應(yīng)用于鋼類等材料的 精加工，對比傳統(tǒng)硬質(zhì)合金刀具，其較高的硬度及化學(xué)穩(wěn)定性使其能夠?qū)崿F(xiàn)高速加工，提高 加工效率，且被加工工件具有良好的表面光潔度。但是，值得指出得是，金屬陶瓷相對較低 的斷裂韌性極大地限制了它的應(yīng)用。
[0003] 涂層技術(shù)無疑是一種提高金屬陶瓷使用性能的較好手段。但由于刀具基體和涂層 熱膨脹系數(shù)的差異，使得涂層在冷卻過程中容易出現(xiàn)裂紋并使裂紋擴(kuò)展到基體中，從而影 響刀具使用壽命。再加上涂層需增加涂層爐及相應(yīng)前后處理設(shè)備，也增長了刀具的生產(chǎn)流 程，提高了生產(chǎn)成本。
[0004] 為避免涂層帶來的缺陷，一種表面具有富氮梯度層的金屬陶瓷組織被開發(fā)出來， 由于富氮梯度是在基體組織上生成，組成成分由表及里呈梯度變化，沒有明顯界面，不存在 界面結(jié)合強(qiáng)度和涂層剝落的問題，這樣的合金表現(xiàn)出了優(yōu)良的使用性能。
[0005] 但，目前為止，文獻(xiàn)報(bào)道的用于制備表面富氮功能梯度金屬陶瓷的方法均為高溫 高壓滲氮法，且滲氮時(shí)間長l〇h)，以低壓爐或熱等靜壓爐作為滲氮設(shè)備，設(shè)備投資大， 存在一定的安全隱患，生產(chǎn)效率低，抑制了表面富氮功能梯度金屬陶瓷材料的工業(yè)應(yīng)用。
[0006] 專利CN1603280A提出了一種高溫高壓短時(shí)間的方法制備表面硬化的功能梯度金 屬陶瓷，雖然將滲氮時(shí)間縮短至了 1?2h，但是其滲氮壓力高達(dá)90?130MPa，必須采用熱 等靜壓爐，不僅增加了設(shè)備成本，且?guī)砹烁邏翰僮黠L(fēng)險(xiǎn)。而專利CN1772701A中則提出可 在O.OSMPa的較低滲氮壓力下實(shí)現(xiàn)梯度金屬陶瓷的制備，但根據(jù)其專利說明書，滲氮時(shí)間 長達(dá)24h，生產(chǎn)效率低。另外，也有專利提出，可以通過分層填鋪的方法實(shí)現(xiàn)梯度金屬陶瓷的 制備（CN101838766A)，但其制備過程首先需要分別制備各種組成成分的混合料，其次在壓 制過程中需要對混合料進(jìn)行精細(xì)分層填鋪，致使制備過程工藝繁瑣，難以應(yīng)用于批量生產(chǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種低壓滲氮法制備富氮功能梯度 金屬陶瓷的方法，是在真空一體爐中，采用低壓滲氮工藝，在控制適當(dāng)?shù)臐B氮溫度下，可在 相對較短滲氮時(shí)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)表面富氮梯度金屬陶瓷的制備，本發(fā)明方法具有設(shè)備投資小，生 產(chǎn)成本低的特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)表面富氮功能梯度金屬陶瓷材料的工業(yè)化生產(chǎn)。
[0008] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種低壓滲氮法制備富氮功能梯度 金屬陶瓷的方法，是將金屬陶瓷燒結(jié)體裝入真空一體爐中，在真空燒結(jié)狀態(tài)下，以3?7°C / min的升溫速度升至預(yù)置的滲氮溫度；當(dāng)爐體溫度達(dá)到預(yù)置的滲氮溫度時(shí)，采用氮?dú)夥謮?燒結(jié)工藝進(jìn)行滲氮，控制分壓壓力為2000?6000Pa，保溫2?6h后，在氮?dú)鈿夥障吕鋮s，獲 得表面富氮功能梯度金屬陶瓷。
[0009] 所述預(yù)置的滲氮溫度為1200?1400°C。
[0010] 進(jìn)一步的，是在真空燒結(jié)狀態(tài)下，以5°C /min的升溫速度升至預(yù)置的滲氮溫度。
[0011] 所述制備的富氮功能梯度金屬陶瓷，具有由表及里的成分梯度，表面富N，貧Co和 /或Ni等粘結(jié)相，同時(shí)合金抗彎強(qiáng)度達(dá)2200?2500MPa，表面梯度層厚度為5?15 μ m。
[0012] 本發(fā)明的一種低壓滲氮法制備富氮功能梯度金屬陶瓷的方法，金屬陶瓷為Ti(C， N)基金屬陶瓷，以Ti (C，N)和/或TiC，TiN為主要硬質(zhì)相，以Co和/或Ni等鐵族金屬為 粘結(jié)相，同時(shí)含有一定量其它二類碳化物（含WC，NbC，TaC，M 〇2C，Cr3C2, VC等一種或多種）。 本發(fā)明方法首先經(jīng)配料-濕磨混料-壓制成型-脫脂-真空（或分壓）燒結(jié)獲得金屬陶瓷 致密燒結(jié)體，然后再將所獲得燒結(jié)體置于氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行低壓氮化處理，從而獲得表面富 氮功能梯度金屬陶瓷材料。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果是：
[0014] 目前國際上應(yīng)用于制備表面富氮梯度金屬陶瓷的方法均為高壓高溫滲氮法，且所 用設(shè)備均為低壓爐或熱等靜壓爐，設(shè)備成本高，生產(chǎn)時(shí)間長，無法應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)；本發(fā) 明在對金屬陶瓷性質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性提出了低壓滲氮法，利用真空一體爐，在氮?dú)夥?壓燒結(jié)條件下（分壓壓力設(shè)置為2000?6000Pa)，保持適當(dāng)?shù)臐B氮溫度（一般為1200? 1400°C )和時(shí)間（2?6h)，可以實(shí)現(xiàn)表面富氮梯度金屬陶瓷合金的制備，本發(fā)明方法具有投 資小，生產(chǎn)成本低，效率高的特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化轉(zhuǎn)化。
[0015] 采用本發(fā)明方法制備的梯度金屬陶瓷，表面梯度層厚度可達(dá)5?15 μ m，且可實(shí)現(xiàn) 梯度層厚度的可控調(diào)節(jié)；與基體相比，表面梯度層擁有相對較高的硬度。值得指出的是，上 述梯度處理工藝，對材料表面光潔度影響不大，因此本工藝方法可直接用于對精品金屬陶 瓷刀片的處理，獲得的梯度金屬陶瓷刀片無需任何后處理，可直接使用。
[0016] 以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明；但本發(fā)明的一種低壓滲氮法 制備富氮功能梯度金屬陶瓷的方法不局限于實(shí)施例。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是滲氮后金屬陶瓷表層組織結(jié)構(gòu)的照片；
[0018] 圖2是滲氮前金屬陶瓷表層組織結(jié)構(gòu)的照片；
[0019] 圖3是梯度金屬陶瓷的ΕΡΜΑ分析圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 實(shí)施例
[0021] 本發(fā)明的一種低壓滲氮法制備富氮功能梯度金屬陶瓷的方法，是將金屬陶瓷燒結(jié) 體裝入真空一體爐中，在真空燒結(jié)狀態(tài)下，以一定的升溫速度升至預(yù)置的滲氮溫度；當(dāng)爐體 溫度達(dá)到預(yù)置的滲氮溫度時(shí)，采用氮?dú)夥謮簾Y(jié)工藝進(jìn)行滲氮，通過控制分壓壓力和保溫 時(shí)間，然后，在氮?dú)鈿夥障吕鋮s，獲得表面富氮功能梯度金屬陶瓷。
[0022] 所述制備的富氮功能梯度金屬陶瓷，具有由表及里的成分梯度，表面富Ν，貧Co和 /或Ni等粘結(jié)相，合金抗彎強(qiáng)度達(dá)2200?2500MPa，表面梯度層厚度為5?15 μ m。
[0023] 本發(fā)明的一種低壓滲氮法制備富氮功能梯度金屬陶瓷的方法，金屬陶瓷為Ti(C， N)基金屬陶瓷，以Ti (C，N)和/或TiC，TiN為主要硬質(zhì)相，以Co和/或Ni等鐵族金屬為 粘結(jié)相，同時(shí)含有一定量的其它二類碳化物（含WC，NbC，TaC，M 〇2C，Cr3C2, VC等一種或多 種）。本發(fā)明方法首先經(jīng)配料-濕磨混料-壓制成型-脫脂-真空（或分壓）燒結(jié)獲得金 屬陶瓷致密燒結(jié)體，然后再將所獲得燒結(jié)體置于氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行低壓氮化處理，從而獲得 表面富氮功能梯度金屬陶瓷材料。
[0024] 表1是本發(fā)明所用的兩種金屬陶瓷的成分配方，單位為wt%。
[0025] 表 1
[0026]

【權(quán)利要求】
1. 一種低壓滲氮法制備富氮功能梯度金屬陶瓷的方法，其特征在于：是將金屬陶瓷燒 結(jié)體裝入真空一體爐中，在真空燒結(jié)狀態(tài)下，以3?7°C /min的升溫速度升至預(yù)置的滲氮溫 度；當(dāng)爐體溫度達(dá)到預(yù)置的滲氮溫度時(shí)，采用氮?dú)夥謮簾Y(jié)工藝進(jìn)行滲氮，控制分壓壓力為 2000?6000Pa，保溫2?6h后，在氮?dú)鈿夥障吕鋮s，獲得表面富氮功能梯度金屬陶瓷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓滲氮法制備富氮功能梯度金屬陶瓷的方法，其特征在 于：所述預(yù)置的滲氮溫度為1200?1400°C。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低壓滲氮法制備富氮功能梯度金屬陶瓷的方法，其特征 在于：進(jìn)一步的，是在真空燒結(jié)狀態(tài)下，以5°C /min的升溫速度升至預(yù)置的滲氮溫度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低壓滲氮法制備富氮功能梯度金屬陶瓷的方法，其特征 在于：所述制備的富氮功能梯度金屬陶瓷，具有由表及里的成分梯度，表面富N，貧Co和/ 或Ni粘結(jié)相，合金抗彎強(qiáng)度達(dá)2200?2500MPa，表面梯度層厚度為5?15 μ m。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的低壓滲氮法制備富氮功能梯度金屬陶瓷的方法，其特征在 于：所述制備的富氮功能梯度金屬陶瓷，具有由表及里的成分梯度，表面富N，貧Co和/或 Ni粘結(jié)相，合金抗彎強(qiáng)度達(dá)2200?2500MPa，表面梯度層厚度為5?15 μ m。
【文檔編號】C23C8/24GK104060143SQ201410171310
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】馬麗麗, 魯攀, 顏延芳, 李蘭, 謝海唯, 肖滿斗, 吳沖滸, 文曉 申請人:廈門鎢業(yè)股份有限公司