本發明專利技術公開了一種納米碳化硼和氮化硼顆粒復合增強碳氮化鈦基金屬陶瓷材料，在以碳氮化鈦Ti(C,N)為主相，以鎳、鈷為粘結相的基體材料中添加增強相，該增強相為納米碳化硼和納米氮化硼顆粒，該增強相的添加量為金屬陶瓷材料原料質量的0.5～8.0wt%。該金屬陶瓷材料的制備工藝流程為：按組分配比配制原料粉末→混料→加入成型劑→濕磨→過篩→干燥→壓制成型→真空/氮氣壓力燒結→金屬陶瓷材料。本發明專利技術所述材料可明顯提高材料的硬度、抗彎強度和韌性，適用于各種切削刀具材料，且工藝簡單，便于批量化生產。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及金屬陶瓷材料及其制備技術，尤其是一種納米碳化硼和氮化硼顆粒復合增強碳氮化鈦(Ti (C1N))基金屬陶瓷材料及其制備工藝。
技術介紹
碳氮化鈦基金屬陶瓷(Ti (C，N))是在二十世紀70年代初發展起來的，以Ti (C，N)為主要硬質相和以鎳、鑰為粘結相組成的，采用粉末冶金工藝制備而成的新型刀具材料。碳氮化鈦基金屬陶瓷具有較高的硬度，較好的耐磨性，理想的抗月牙洼磨損能力，優良的抗氧化能力和化學穩定性。其與傳統的WC硬質合金相比，硬度與硬質合金相同的情況下，其密度只有硬質合金的一半，成本較低，使用壽命相同的情況下，其具有更高的切削速度與更好 的加工光潔度，在許多高速切削場合下，可以成功地取代WC-C0基硬質合金。在日本，碳氮化鈦基金屬陶瓷在工具市場的占有量逐年升高，市場份額早已超過30%，美國和歐洲在此方面的研究和應用也急劇增多，顯示了其作為傳統的WC-Co基硬質合金的替代材料的巨大潛力。而國內，切削刀具仍多采用在高速切削條件下耐磨性低，壽命短的WC-Co基硬質合金或采用脆性大、成本高昂且切削時極易崩刃的陶瓷刀具(如三氧化二鋁陶瓷、立方氮化硼、人造金剛石等)。目前，碳氮化鈦基金屬陶瓷的主要問題在于強韌性不足，雖然國內外通過如調整材料成份和采用先進制備技術等措施以提高其強韌性并使其性能得到一定程度的提高，而碳氮化鈦基金屬陶瓷應具有的優越性沒有充分發揮，限制了其作為切削刀具材料更廣泛的使用。近年來出現了通過添加納米材料(如納米TiN、碳納米管、SiC晶須等)并結合先進的燒結技術(如放電等離子燒結、微波燒結等)對傳統金屬陶瓷材料進行改性的新方法。呂學鵬等(呂學鵬，鄭勇，吳鵬，碳納米管添加量對Ti (C，N)基金屬陶瓷組織和力學性能的影響，中國有色金屬學報，2011，21 (001) :145-151.)研究了碳納米管對金屬陶瓷組織和性能的影響，當碳納米管添加量為O. 5wt. %時，Ti (C，N)基金屬陶瓷的抗彎強度達到2180. 7MP，硬度為90. 9HRA，但存在制備工藝較復雜，成份不易分散均勻等問題，且未見其應用方面的報道。劉寧等(劉寧，張立德，李廣海等，以納米TiN改性的TiC或Ti (C，N)基金屬陶瓷刀具、該刀具的制造工藝及刀具的使用方法，參見中國專利技術專利申請號02138161. 5，申請日2004.02. 25)提出了以納米TiN改性的TiC或Ti (C，N)基金屬陶瓷刀具，以提高其使用壽命，但金屬陶瓷材料的強度、硬度等參數不詳。周書助等(周書助，唐宏琿，張潔堯等，含硼的碳氮化鈦基金屬陶瓷刀具材料及其制備工藝，參見中國專利技術申請號200810031010. 6，申請日2008. 09. 03)提出了含硼的碳氮化鈦基金屬陶瓷刀具材料，雖涉及提高了刀削速度及使用壽命，但金屬陶瓷材料的強度、硬度等參數不詳。丁燕鴻(丁燕鴻，SiC晶須增韌碳氮化鈦基金屬陶瓷切削刀片及其制備方法，參見中國專利技術申請號200710034792. 4，申請日2007. 12. 26)提出了 SiC晶須增韌碳氮化鈦基金屬陶瓷刀片，其陶瓷材料的抗彎強度不高于1700MPa，硬度HRA小于94. 2，且因晶須不易混合均勻，對材料性能的提高有限。谷內俊之等(谷內俊之，福村昌史，高橋慧等，金屬陶瓷制刀片及切削工具，參見中國專利技術申請號200680019833. 6，申請日2006. 06. 13)提出了金屬陶瓷制刀片及切削工具，用碳化物提高金屬陶瓷的耐磨性能。劉穎等(劉穎，趙志偉，望軍等，碳氮化鈦基金屬陶瓷機械密封材料及其制備方法，參見中國專利技術申請號200710048643. 3，申請日2007. 03. 16)提出了碳氮化鈦基金屬陶瓷機械密封材料，通過引入晶粒抑制劑、添加劑作用的碳化物及Y、Er，制備金屬陶瓷材料，以提高其抗彎強度及硬度。劉含蓮等(劉含蓮，石強，黃傳真等，原位一體化制備硼化鈦晶須、顆粒協同增韌碳氮化鈦基陶瓷刀具材料及其制備方法，參見中國專利技術申請號201110438733. X，申請日2011. 12. 23)采用原位一體化工藝制備出硼化鈦增韌碳氮化鈦基陶瓷刀具材料，通過對前驅體粉末進行有效的分散處理，提高增韌相在基體材料中的分散均勻性，以提高材料的硬度和斷裂韌度。
技術實現思路
針對上述問題，本專利技術所要解決的技術問題在于提供一種以納米碳化硼和氮化硼顆粒復合增強，以Ti (C，N)為主相，以鎳、鈷為粘結相的金屬陶瓷材料及其制備工藝，其具有高硬度、高強度和高韌性且其制備工藝簡單、適用于批量化生產的特點。 為解決上述技術問題，本專利技術的技術解決方案是 一種納米碳化硼和氮化硼顆粒復合增強碳氮化鈦基金屬陶瓷材料，其特征在于在以碳氮化鈦Ti (C，N)為主相，以鎳、鈷為粘結相的基體材料中添加增強相,該增強相為納米碳化硼和納米氮化硼顆粒,該增強相的添加量為金屬陶瓷材料原料質量的O. 5 8. 0wt%。所述碳氮化鈦Ti (C，N)的主相原料為Ti (Cx, N1J或(TiC) x+ (TiN) 其中x的數值范圍為x=0. 3 O. 7。所述金屬陶瓷材料的原料組分及重量百分含量為WC : 10 20wt% ；TaC 5 15wt% ；Mo2C 5 15wt% ；Co 5 15wt% ；Ni 5 10wt% ；ZrC O. I 2wt% ；Cr3C2 0. I 2wt% ；VC :0. I 2wt% ；BC 納米顆粒 +BN 納米顆粒0. 5 8. 0wt% ；余量為 Ti (Cx，Nh)或(TiC) ,+ (TiN)1^0所述金屬陶瓷材料的原料組分及重量百分含量還可以為WC : 10 20wt% ；TaC :5 15wt% ；Co :5 15wt% ；Mo :4 15wt% ；C :0. 3 I. 2wt% ；Ni 5 10wt% ；ZrC 0. I 2wt% ；Cr3C2 :0. I 2wt% ；VC :0. I 2wt% ；BC 納米顆粒 + BN 納米顆粒0. 5 8. 0wt% ;余量為 Ti (Cx, U 或(TiC)x+(TiN)卜x。上述納米碳化硼和氮化硼顆粒復合增強碳氮化鈦基金屬陶瓷材料的制備工藝，包括如下工藝流程 按組分配比配制原料粉末一混料一加入成型劑一濕磨一過篩一干燥一壓制成型一真空/氮氣壓力燒結一金屬陶瓷材料。所述的加入成型劑步驟中，成型劑為石蠟。所述的燒結步驟中，按不同氮含量的Ti(CxAh)基金屬陶瓷粉體分別按X取值的不同選定燒結工藝，當O. 5 < X彡O. 7時，即為低氮Ti (C，N)基金屬陶瓷粉體，采用真空燒結工藝；當O. 3彡X彡O. 5時，即為高氮Ti (C，N)基金屬陶瓷粉體，采用氮氣氣壓燒結工藝。所述的燒結步驟中，真空燒結條件為真空度低于20Pa ;氮氣壓力燒結條件為氮氣壓力為100 6000Pa，在1100 1500°C溫度區間的升溫速率彡10°C /min。本專利技術采用優化工藝并制備一種納米碳化硼和氮化硼顆粒復合增強碳氮化鈦基金屬陶瓷材料，其通過在碳氮化鈦Ti (C，N)基體材料中添加納米碳化硼和氮化硼顆粒，可明顯提高材料的硬度、抗彎強度和韌性，適用于各種切削刀具材料，且工藝簡單，便于批量化生產。 附圖說明圖I為本專利技術金屬陶瓷材本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種納米碳化硼和氮化硼顆粒復合增強碳氮化鈦基金屬陶瓷材料，其特征在于：在以碳氮化鈦Ti(C,N)為主相，以鎳、鈷為粘結相的基體材料中添加增強相，該增強相為納米碳化硼和納米氮化硼顆粒，該增強相的添加量為金屬陶瓷材料原料質量的0.5～8.0wt%。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：張厚安，古思勇，吳學文，李杰，
申請(專利權)人：廈門理工學院，
類型：發明
國別省市：
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