本發(fā)明涉及粉末冶金技術(shù)，是一種耐高溫氧化高強度Ti3SiC2硬質(zhì)合金。
背景技術(shù)：
鈦硅碳(Ti3SiC2)是一種新型三元層狀陶瓷材料，兼有金屬和陶瓷性能于一體。既具有陶瓷的優(yōu)異性能，有較高的屈服強度，高熔點，高熱穩(wěn)定性和高溫強度以及良好的抗氧化、抗熱震性能和耐腐蝕性能。同時又具有金屬的性能，在常溫下具有高的熱導率和電導率，可以像金屬一樣用高速鋼刀具進行機械加工，高溫下具有很好的塑性，比石墨更低的摩擦系數(shù)和更好的自潤滑性能?？蓱?yīng)用于機械行業(yè)的滑動部件，機電工程中滑動電接觸部件。在熔煉冶金工業(yè)中，可作為彌散強化相，彌散強化銅合金或鋁合金。
在粉末冶金硬質(zhì)合金行業(yè)中，隨著原始碳化鎢、鈷粉顆粒的細化，特別是當碳化鎢粉末粒度達到0.2微米以下時，燒結(jié)過程中碳化鎢晶粒將發(fā)生迅速長大，形成非連續(xù)長大的碳化鎢粗大顆粒，顯著降低硬質(zhì)合金的機械力學性能。因此，在燒結(jié)中晶粒特別是超細晶粒硬質(zhì)合金時，往往要加入晶粒長大抑制劑來抑制碳化鎢晶粒的快速長大，盡量減少和消除這種非連續(xù)長大的碳化鎢大晶粒的形成，因此，控制合金中碳化鎢晶粒的長大是生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)。
合金致密化是合金性能最重要標志，任何組織缺陷都會引起合金性能明顯降低，特別是孔隙度對硬質(zhì)合金的力學性能、物理性能和工藝性能都有很大影響。如在WC-Co合金中只要孔隙度達0.5％(體積分數(shù))，抗彎強度就大大降低。為了降低材料的孔隙度，實現(xiàn)材料全致密，通常需要提高燒結(jié)溫度或延長保溫時間，其結(jié)果既消耗了能源，又將不可避免地造成晶粒長大。
由此可見，對于硬質(zhì)合金特別是超細硬質(zhì)合金而言，致密化與晶粒長大通常是相互制約的，但兩者又同是影響硬質(zhì)合金性能的關(guān)鍵因素。研究者為了獲得性能優(yōu)異的合金，一直致力于嘗試開發(fā)一種既能使合金全致密化，又能最大限度地控制WC晶粒長大的技術(shù)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種耐高溫氧化高強度Ti3SiC2硬質(zhì)合金，Ti3SiC2既能細化硬質(zhì)合金晶粒，阻礙晶粒長大，又能增強硬質(zhì)合金致密性。
本發(fā)明的技術(shù)方案：一種Ti3SiC2硬質(zhì)合金，由碳化鎢粉或碳化鎢復合粉和鈷粉與Ti3SiC2粉末組成，其中Ti3SiC2粉末占合金的質(zhì)量比為：0.1～5％。
所述的Ti3SiC2粉末純度大于98％、顆粒尺寸為0.01～10μm。
所述的碳化鎢復合粉含有質(zhì)量比為0.1～5％的碳化鈦、Ti3SiC2、碳化鎢鈦固溶體、碳化鉭、碳化鈮、碳化鉭鈮固溶體、碳化鉻、碳化鉬、碳化釩、氧化鋁、石墨中的一種或幾種的混合物。
所述的碳化鎢粉或碳化鎢復合粉顆粒尺寸為0.01～10μm，鈷粉顆粒尺寸為0.01～2μm。
本發(fā)明合金中的Ti3SiC2既能細化硬質(zhì)合金晶粒，阻礙晶粒長大，又能增強硬質(zhì)合金致密性；Ti3SiC2可以起到脫氧和脫氮，減少氣孔率，控制碳量，改善雜質(zhì)分布及存在狀態(tài)，改善液相流動性與潤濕性；細化晶粒、提高硬質(zhì)合金致密化的作用。不論高鈷或低鈷合金，其實際密度可以達到理論密度的99.9％。具備良好的熱穩(wěn)定性、耐腐蝕、抗熱震、抗氧化、抗裂紋等優(yōu)良特性。Ti3SiC2添加到硬質(zhì)合金中，提高了合金的綜合性能，不管是在刀具行業(yè)，還是在工模具行業(yè)以及其它行業(yè)，都具有廣闊的應(yīng)用前景。
具體實施方式
Ti3SiC2既能細化硬質(zhì)合金晶粒，又能增強硬質(zhì)合金致密化。本發(fā)明的Ti3SiC2硬質(zhì)合金由碳化鎢粉或碳化鎢復合粉和鈷粉與質(zhì)量比為0.1～5％的Ti3SiC2粉末，通過粉末冶金工藝制備。
(1)實施例1
成分配比(wt％)：
1μmTi3SiC2粉：1％、0.5μm碳化鎢粉：93％、1μm鈷粉：6％；
在氬氣保護氣氛下濕磨72小時，酒精添加量為0.45L/公斤；在Z形干燥器中于70℃進行干燥，壓制成直徑48mm厚度20mm圓餅，壓制力為42噸，在氬氣保護氣氛下進行5MPa的低壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1380℃，燒結(jié)時間為1小時，氫氣流量35～45SLM，氬氣流量40SLM；在真空環(huán)境下進行淬火，淬火溫度為1000℃，淬火時間20分鐘，回火溫度為400℃，回火時間2小時。
性能：
燒結(jié)后晶粒度：0.48μm；
硬度：90.5～91.5HRA；
密度：14.50～14.62g/cm3；
抗彎強度：3176N/mm2；
適用范圍：高耐磨、輕振動的拉伸模、壓制模具、鉸刀、鉆頭、噴嘴等。
(2)實施例2
成分配比(wt％)：
2μmTi3SiC2粉：3％、2μm碳化鎢碳化鉻復合粉：82％、2μm鈷粉：15％；
在氬氣保護氣氛下濕磨24小時，酒精添加量為0.3L/公斤；在Z形干燥器中于90℃進行干燥，壓制成直徑80mm厚度20mm圓餅，壓制力為100噸，在氬氣保護氣氛下進行5MPa的低壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1450℃，燒結(jié)時間為2小時，氫氣流量30～50SLM，氬氣流量40SLM；在真空環(huán)境中進行淬火，淬火溫度為1240℃，淬火時間20分鐘，回火溫度為500℃，回火時間4小時。
性能：
燒結(jié)后晶粒度：1.77μm；
硬度：86.0～88.5HRA；
密度：12.44～12.52g/cm3；
抗彎強度：3729N/mm2；
適用范圍：中等沖擊，良好耐磨的沖壓模具、卷邊模具、芯軸、切斷刀、粉碎刀等。
(3)實施例3
成分配比(wt％)：
0.6μmTi3SiC2粉：5％、0.8μm碳化鎢粉：82％、1μm鈷粉：13％、1μm碳化鉭鈮固溶體1％；
在氬氣保護氣氛下濕磨60小時，酒精添加量為0.35L/公斤；在Z形干燥器中于80℃進行干燥，壓制成直徑80mm厚度20mm圓餅，壓制力為100噸，在氬氣保護氣氛下進行5MPa的低壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1410℃，燒結(jié)時間為1小時，氫氣流量30～50SLM，氬氣流量40SLM；在空氣環(huán)境中進行淬火，淬火溫度為900℃，淬火時間25分鐘，回火溫度為450℃，回火時間3小時。
性能：
燒結(jié)后晶粒度：0.75μm；
硬度：88.0～90.5HRA；
密度：12.30～12.38g/cm3；
抗彎強度：4254N/mm2；
適用范圍：非常好的耐磨性、低振動的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)、粉碎磨輥、鋼片沖壓、黃銅壓印等。