硼化鈦復合碳化鈦基金屬陶瓷刀具材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及新材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種硼化鈦復合碳化鈦基金屬陶瓷刀具材料 的制備方法。 二、
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬陶瓷既保持有陶瓷的高強度、高硬度、耐磨損、耐高溫、抗氧化和化學穩(wěn)定 性等特性，又有較好的韌性和可塑性，是一類非常重要的高性能結(jié)構(gòu)材料。其中碳化鈦 (TiC)基金屬陶瓷是近年來發(fā)展較快的一種金屬陶瓷刀具材料，TiC的熔點（3250°C )高于 WC (2630°C )、耐磨性好、密度只有WC的1/3,抗氧化性遠優(yōu)于WC。最初TiC基金屬陶瓷被用 來填補WC-Co系硬質(zhì)合金和A120 3陶瓷刀具材料之間的間隙，適于做高速精加工的刀具，后 來由于技術(shù)的進步，金屬陶瓷的韌性得到了改善，其使用范圍擴大到WC基硬質(zhì)合金的使用 領(lǐng)域。但目前已有的大多數(shù)制備工藝往往只能提高TiC基金屬陶瓷材料的單一性能指標， 而缺少提高其綜合性能的研宄成果。因此，研發(fā)低成本制備既能保證高硬度，又同時具備較 高的抗彎強度和斷裂韌度的高綜合力學性能的碳化鈦基金屬陶瓷刀具的新方法，是促進金 屬陶瓷材料的創(chuàng)新、發(fā)展、推廣應用的重要途徑。
[0003] 硼化鈦（TiB2)具有較高的熔點、高硬度、優(yōu)異的化學穩(wěn)定性、良好的導電性、金屬 光澤，可用電加工實現(xiàn)成型加工，但其原子自擴散系數(shù)較低，燒結(jié)性能較差，因此，單相材料 TiB 2的力學性能，特別是抗彎強度和斷裂韌度較低。可采用加入金屬粘結(jié)劑、加入陶瓷顆 粒、或同時加入金屬和陶瓷顆粒的制備方法改善其燒結(jié)性能和力學性能。增加金屬相有利 于提高碳化鈦金屬陶瓷的強韌性，但過高金屬含量的金屬陶瓷不適合用作高速切削刀具， 因此研宄最優(yōu)的金屬配比和制備工藝方案是提高碳化鈦金屬陶瓷的機械性能的重要途徑。 本研宄制備的TiB 2復合TiC基金屬陶瓷刀具材料具有比TiC、TiB 2單相陶瓷更優(yōu)的綜合力 學性能。
[0004]目前制備TiC-TiB2g合材料的主要方法有：自蔓延高溫合成技術(shù)，原位合成法，過 渡塑性相工藝，無壓液相燒結(jié)以及激光加熱浮流區(qū)法等。以上制備工藝各有其可取之處，但 是制備設備與工藝復雜，成本高，并且制備的11(：-118 2復合材料的綜合力學性能不高，在提 高抗彎強度或斷裂韌度時，材料的硬度降低很嚴重，導致該材料無法得到推廣和使用。 三、

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的，在于克服現(xiàn)有碳化鈦基金屬陶瓷刀具材料制備方法存在的缺陷， 提供一種可以獲得較高綜合力學性能的硼化鈦復合碳化鈦基金屬陶瓷刀具材料的制備方 法。
[0006]本發(fā)明的基本構(gòu)思是將硼化鈦作為增強相添加到碳化鈦基金屬陶瓷材料中配以 適當?shù)慕饘僦鸁齽?，通過真空熱壓燒結(jié)工藝制備出致密的復合刀具材料；通過優(yōu)化原始粉 末組份配比、燒結(jié)溫度和保溫時間等工藝參數(shù)，制備出一種具有較高綜合力學性能的硼化 鈦復合碳化鈦基金屬陶瓷刀具材料。
[0007] 硼化鈦復合碳化鈦基金屬陶瓷刀具材料的原始粉末質(zhì)量配比為wt% :
[0008] TiC:58. 22 % ~60. 11 % TiB2:33. 78 % ~34. 89 % Mo:0 ~3. 55% Ni:4. 45 % ~ 8 % ；
[0009] 制備工藝過程為：（1)將配制的硼化鈦復合碳化鈦基金屬陶瓷刀具材料中的TiC 和TiB2原始粉末分別裝入聚氨酯球磨筒中，以碳化鎢球為球磨球，酒精為球磨介質(zhì)，封閉后 放在滾筒式球磨機上濕球磨48h ; (2)將球磨后的TiC和TiB2，分別放入真空干燥箱中進行 干燥，干燥溫度為100°C~120°C，干燥后過100目篩，將過篩后的粉體封裝待用；(3)將原 始粉末Ni、Mo和球磨過的TiC、TiB 2粉末按質(zhì)量配比稱量后混合，在聚氨酯球磨筒中繼續(xù) 球磨混料48h;(4)將球磨后的全部組份的混合料放入真空干燥箱中進行干燥，干燥溫度為 KKTC~120°C，干燥后過100目篩，將過篩后的粉體封裝備用；(5)將封裝的粉體取出，按照 刀具制備需要的用量稱取混合粉末，裝入高強度石墨模具中，然后放入真空燒結(jié)爐中；(6) 在真空氣氛下，以50°C /min的升溫速率從室溫升至700°C，并在此溫度下保溫2min ; (7)保 溫結(jié)束后，以50°C /min的升溫速率升至1450°C~1650°C，在此溫度下施加壓力32MPa、保 溫30min的條件下熱壓燒結(jié)成型。
[0010] 本發(fā)明所使用的設備簡單且安全性好，成本較低，制備工藝穩(wěn)定，操作處理簡單， 生產(chǎn)效率高。該工藝制備的金屬陶瓷刀具材料能在保持高硬度的同時提高抗彎強度和斷 裂韌度，在高溫條件下具有良好的機械性能和良好的物理、化學性能，該發(fā)明還適用于耐磨 件、耐腐蝕件等結(jié)構(gòu)件的開發(fā)制備，作為高溫結(jié)構(gòu)陶瓷在航天和裝甲方面也具有很大的應 用潛力。 四、
【附圖說明】
[0011] 圖1為Ni含量為5wt%的金屬陶瓷刀具材料斷口掃描電鏡照片SEM ;
[0012] 圖2為Ni含量為4. 45wt%，Mo含量為3. 55wt%的金屬陶瓷刀具材料斷口掃描電 鏡照片SEM。 五、
【具體實施方式】
[0013] 按實施例參數(shù)附表中所列的組份比例，先將配制硼化鈦復合碳化鈦基金屬陶瓷刀 具材料的TiC和TiB 2原始粉末分別裝入聚氨酯球磨筒中，以碳化鎢球為球磨球，酒精為球 磨介質(zhì)，封閉后放在滾筒式球磨機上濕球磨48h ;然后將球磨后的料，放入真空干燥箱中進 行干燥，干燥溫度為100°C~120°C，干燥后過100目篩，將過篩后的粉體封裝待用；再將 原始粉末Ni、Mo和球磨過的TiC、TiB 2粉末按質(zhì)量配比稱量后混合，在聚氨酯球磨筒中繼 續(xù)球磨混料48h;將球磨后的全部組份的混合料放入真空干燥箱中進行干燥，干燥溫度為 100°C~120°C，干燥后過100目篩，將過篩后的粉體封裝備用；刀具材料制備時，將封裝的 粉體取出，按照刀具制備需要的用量稱取混合粉末，裝入高強度石墨模具中，然后放入真空 燒結(jié)爐中；在真空氣氛下，以50°C /min的升溫速率從室溫升至700°C，并在此溫度下保溫 2min;保溫結(jié)束后，以50°C /min的升溫速率升至1450°C~1650°C，在此溫度下施加壓力 32MPa、保溫30min的條件下熱壓燒結(jié)成型。
[0014] 實施例參數(shù)附表
[0015]
【主權(quán)項】
1.硼化鈦復合碳化鈦基金屬陶瓷刀具材料的制備方法，其特征為原始粉末質(zhì)量配比為 Wt %： TiC:58. 22%~60. 11% TiB2:33. 78%~34. 89% Mo:0 ~3. 55% Ni:4. 45%~8% ; 制備工藝過程為：（1)將配制的硼化鈦復合碳化鈦基金屬陶瓷刀具材料中的TiC和 TiB2原始粉末分別裝入聚氨酯球磨筒中，以碳化鎢球為球磨球，酒精為球磨介質(zhì)，封閉后放 在滾筒式球磨機上濕球磨48h ; (2)將球磨后的TiC和TiB2，分別放入真空干燥箱中進行 干燥，干燥溫度為100°C~120°C，干燥后過100目篩，將過篩后的粉體封裝待用；(3)將原 始粉末Ni、Mo和球磨過的TiC、TiB 2粉末按質(zhì)量配比稱量后混合，在聚氨酯球磨筒中繼續(xù) 球磨混料48h ; (4)將球磨后的全部組份的混合料放入真空干燥箱中進行干燥，干燥溫度為 KKTC~120°C，干燥后過100目篩，將過篩后的粉體封裝備用；(5)將封裝的粉體取出，按照 刀具制備需要的用量稱取混合粉末，裝入高強度石墨模具中，然后放入真空燒結(jié)爐中；(6) 在真空氣氛下，以50°C /min的升溫速率從室溫升至700°C，并在此溫度下保溫2min ; (7)保 溫結(jié)束后，以50°C /min的升溫速率升至1450°C~1650°C，在此溫度下施加壓力32MPa、保 溫30min的條件下熱壓燒結(jié)成型。
【專利摘要】本發(fā)明涉及新材料，尤其是一種硼化鈦復合碳化鈦基金屬陶瓷刀具材料的制備方法。原始粉末質(zhì)量配比為wt％:TiC:58.22％～60.11％TiB2:33.78％～34.89％Mo:0～3.55％Ni:4.45％～8％；制備工藝為：將配方中的TiC和TiB2分別裝入球磨筒用碳化鎢球在酒精中濕磨48h；用100℃～120℃真空干燥，過100目篩封裝待用；將原始粉末Ni、Mo和球磨過的TiC、TiB2按質(zhì)量配比稱量后混合，濕球磨48h后真空干燥封裝備用；制備刀具時按照用量稱取混合粉末，裝入石墨模具中真空燒結(jié)；以50℃/min的升溫速率從室溫升至700℃，保溫2min；再以50℃/min的速率升溫至1450℃～1650℃，施加壓力32MPa、保溫30min的條件下熱壓燒結(jié)成型。本發(fā)明制備工藝簡單穩(wěn)定、成本低、效率高，制備的刀具材料在保持高硬度同時提高抗彎強度和斷裂韌度，該材料還可用作其他高溫耐磨結(jié)構(gòu)件。
【IPC分類】C22C29-02, B22F3-14, C22C1-05
【公開號】CN104745908
【申請?zhí)枴緾N201510128186
【發(fā)明人】劉含蓮, 王利梅, 黃傳真, 劉雪飛, 趙斌, 鄒斌
【申請人】山東大學
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月23日