一種金屬基陶瓷刀具及制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種金屬基陶瓷刀具及制備方法，其主要組分由以下材料組成：TiN：7?15%，TiC：40?60%，Mo2C：8?20%，WC：8?20%，ZrC：1?2%，Al2O3：1?2%，Si3N4：3?5%，BN：0.1?0.5%，C：1?2%，Ni：8?15%，Co：3?8%，Cr：4?8%，La2O3：1?3%，CeO2：0?1%，Pr6O11：0?1%，Nd2O3：0?1%，通過研磨制備粉體、加壓造粒、初成型、壓力燒結、后處理等，合理控制工藝參數，最終得到陶瓷刀具材料，本發明操作簡單，刀具材料具有化學穩定性且抗切削熔著、能切削難熔金屬、對鋼的摩擦系數小等優點。
【專利說明】
一種金屬基陶瓷刀具及制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及金屬材料領域，具體涉及一種金屬基陶瓷刀具及制備方法。
【背景技術】
[0002]目前主要刀具材料為高速鋼和硬質合金，刀具磨損是刀具的主要失效形式由磨損、崩刃、崩碎、打刀等，刀具材料的力學性能、工藝性能以及可最大限度降低刀具成本的經濟性是刀具發展的方向，傳統熔融高速鋼刀具高溫硬度也較好，但是其抗彎強度、韌性較低，傳統的硬質合金刀具價格較高，其對主要成分鎢資源需求量較大，發展存在一定的局限性；
金屬陶瓷的性能介于陶瓷和碳化鎢系列硬質合金之間，硬度比硬質合金刀具高，抗氧化性能好，并且斷裂韌性和抗彎強度比非金屬陶瓷刀具高，它既保持了陶瓷的高強度、高硬度等特性，又具有較好的金屬韌性和可塑性等，但陶瓷刀具的抗彎強度、熱導率、韌性等很低，在溫差大或有較大沖擊載荷時，刀具容易失效;碳化鈦和氮化鈦基金屬陶瓷是一種新型金屬陶瓷材料，具有密度低、能切削難熔金屬等優點，近幾年得到了很大的發展，碳化鈦和氮化鈦基金屬陶瓷用做刀具材料適合于鑄鐵、普通鋼、高硬度鋼的高速切削和干式切削，使用性能優于硬質合金和涂層硬質合金刀具，但隨著切割效率、切割精度、切割時間的要求不斷提高，現有的產品已經不能滿足硬度、耐磨性、紅硬性，特別是陶瓷刀具對抗彎強度、熱導率、韌性等多種性能的要求;氣流研磨法，就是以氣體傳輸粉料的一種研磨方法，由于不使用研磨球及研磨介質，所以氣流研磨法的磨粉純度比一般機械研磨法的要高;粉末真空燒結是在低于大氣壓力條件下進行的粉末燒結，真空燒結的主要優點是:減少了氣氛中有害成分(水、氧、氮)對產品的不良影響，改善液相對固相的潤濕性，有利于收縮和改善合金的組織，有助于硅、鋁、鎂、鈣等雜質或其氧化物的排除，起到凈化材料的作用，促進燒結后期的收縮有明顯作用。
【發明內容】
[0003]一種金屬基陶瓷刀具及制備方法，其主要組分由以下材料組成:TiN: 7_15%，TiC:40-60%,Mo2C:8-20%,WC:8-20%,ZrC: 1-2%,Al2O3:1-2%,Si3N4:3-5%,BN:0.1-0.5%,C: 1-2%,Ni: 8-15%，Co: 3-8%，Cr: 4-8%，La2O3: 1-3%，CeO2: 0-1%，Pr6On: 0-1%，Nd2O3: 0-1%。
[0004]—種金屬基陶瓷刀具及制備方法主要是通過研磨制備粉體、加壓造粒、初成型、壓力燒結、后處理等，合理控制工藝參數，最終得到陶瓷刀具材料，具體步驟如下:
(1)根據組分要求，按照比例利用高精度天平稱取上述組分，在烘箱中進行烘干處理，所述上述組分粒度為3-5微米，純度為99.5%以上；
(2)采用漩渦研磨機的氣流研磨法進行混合粉體制備，以氣體傳輸粉料進行研磨得到混合均勻的粉體，并進行分級和干燥處理，所述分級采用標準篩網進行篩分；
(3)在組分粉末中加入一定量的塑化劑，預先攪拌混合均勻，過篩，然后在液壓機上用壓模以18-25兆帕的壓力保壓1-2分鐘，破碎過篩后即制成粒度較粗且具有一定假顆粒度級配，流動性好的團粒，所述團粒粒徑約300-800微米；
(4)將團粒置入真空燒結系統，通入惰性氣體進行初步模壓成型，然后在500-800攝氏度條件下進行處理；
(5)最后將初步模壓成型的產品進行燒結處理，燒結的溫度為1450-1580攝氏度，燒結保溫時間為1-5小時。
[0005]本發明的具有以下優點:
1、通過漩禍研磨機的氣流研磨法，由于不使用研磨球及研磨介質，所以氣流研磨法的磨粉純度比一般機械研磨法的要高，對產品品質提供有力保障；
2、制品表面光潔度好、尺寸精密，可制取多種復合材料且組織均勻無沙眼、縮孔等，工藝能耗消耗小，較為經濟；
3、在燒結初期通入惰性氣體，保證真空燒結過程的加熱速度和爐溫的均勻性，冷卻時采用循環氣體冷卻方法來提高真空燒結的冷卻速度，避免組分元素與氫、氧、氮等氣體發生反應；
4、合理配置組分元素，適當增加稀土氧化物元素，改善金屬陶瓷基產品性能，提升化學穩定性抗彎強度、熱導率和韌性。
【具體實施方式】
[0006]實施例1
一種金屬基陶瓷刀具及制備方法，其主要組分由以下材料組成:TiN: 7%，TiC: 52%，Mo2C: 8%,WC: 8%，ZrC: 1%，Al2O3:1.8%，Si3N4:3.1%，BN:0.1%，C: 2%，Ni:8%，Co: 3.2%，Cr:4.5%，La2〇3: l%，Ce02:0.l%?Pr60n:0.1%，應2〇3:0.1%;
一種金屬基陶瓷刀具及制備方法主要是通過研磨制備粉體、加壓造粒、初成型、壓力燒結、后處理等，合理控制工藝參數，最終得到陶瓷刀具材料，具體步驟如下:
(1)根據組分要求，按照比例利用高精度天平稱取上述組分，在烘箱中進行烘干處理，所述上述組分粒度為3微米，純度為99.5%以上；
(2)采用漩渦研磨機的氣流研磨法進行混合粉體制備，以氣體傳輸粉料進行研磨得到混合均勻的粉體，并進行分級和干燥處理，所述分級采用標準篩網進行篩分；
(3)在組分粉末中加入一定量的塑化劑，預先攪拌混合均勻，過篩，然后在液壓機上用壓模以18兆帕的壓力保壓I分鐘，破碎過篩后即制成粒度較粗且具有一定假顆粒度級配，流動性好的團粒，所述團粒粒徑約300微米；
(4)將團粒置入真空燒結系統，通入惰性氣體進行初步模壓成型，然后在500攝氏度條件下進行處理；
(5)最后將初步模壓成型的產品進行燒結處理，燒結的溫度為1450攝氏度，燒結保溫時間為3小時。
[0007]實施例2
一種金屬基陶瓷刀具及制備方法，其主要組分由以下材料組成:TiN: 7%，TiC: 48.5%，Mo2C: 8%，WC: 8%，ZrC: I %, A12 O 3: I %, S i 3 N4: 3 %, B N: 0.5 %, C: I %, N i: 10% ,Co: 5%, Cr: 4%，La2O3:1.5%，CeO2: 0.5%，Pr6On: 0.5%，Nd2O3: 0.5% ；
一種金屬基陶瓷刀具及制備方法主要是通過研磨制備粉體、加壓造粒、初成型、壓力燒結、后處理等，合理控制工藝參數，最終得到陶瓷刀具材料，具體步驟如下:
(1)根據組分要求，按照比例利用高精度天平稱取上述組分，在烘箱中進行烘干處理，所述上述組分粒度為5微米，純度為99.5%以上；
(2)采用漩渦研磨機的氣流研磨法進行混合粉體制備，以氣體傳輸粉料進行研磨得到混合均勻的粉體，并進行分級和干燥處理，所述分級采用標準篩網進行篩分；
(3)在組分粉末中加入一定量的塑化劑，預先攪拌混合均勻，過篩，然后在液壓機上用壓模以20兆帕的壓力保壓I分鐘，破碎過篩后即制成粒度較粗且具有一定假顆粒度級配，流動性好的團粒，所述團粒粒徑約500微米；
(4)將團粒置入真空燒結系統，通入惰性氣體進行初步模壓成型，然后在600攝氏度條件下進行處理；
(5)最后將初步模壓成型的產品進行燒結處理，燒結的溫度為1480攝氏度，燒結保溫時間為3小時。
[0008] 實施例3
一種金屬基陶瓷刀具及制備方法，其主要組分由以下材料組成:TiN: 8%，TiC: 51.9%，Mo2C: 8%，WC: 8%, Z r C: I %, A12 O 3: I %, S i 3 N4: 3 %, B N: 0.1 %, C: 1.1 %, N i: 8.5%，Co: 3%，Cr: 4.2%，La2〇3:1.3%，Ce〇2:0.3%，ΡγθΟιι: 0.3%，Nd2〇3:0.3%;
一種金屬基陶瓷刀具及制備方法主要是通過研磨制備粉體、加壓造粒、初成型、壓力燒結、后處理等，合理控制工藝參數，最終得到陶瓷刀具材料，具體步驟如下:
(1)根據組分要求，按照比例利用高精度天平稱取上述組分，在烘箱中進行烘干處理，所述上述組分粒度為5微米，純度為99.5%以上；
(2)采用漩渦研磨機的氣流研磨法進行混合粉體制備，以氣體傳輸粉料進行研磨得到混合均勻的粉體，并進行分級和干燥處理，所述分級采用標準篩網進行篩分；
(3)在組分粉末中加入一定量的塑化劑，預先攪拌混合均勻，過篩，然后在液壓機上用壓模以20兆帕的壓力保壓1.5分鐘，破碎過篩后即制成粒度較粗且具有一定假顆粒度級配，流動性好的團粒，所述團粒粒徑約750微米；
(4)將團粒置入真空燒結系統，通入惰性氣體進行初步模壓成型，然后在650攝氏度條件下進行處理；
(5)最后將初步模壓成型的產品進行燒結處理，燒結的溫度為1550攝氏度，燒結保溫時間為5小時。
【主權項】
1.一種金屬基陶瓷刀具及制備方法，其主要組分由以下材料組成:TiNj-lS^^TiCdO-eOO/^Mc^CJjOQ/^WC^SJOQ/^ZrC^UQ/^AhOsdJQ/^SisNhS-SQ/^BN-0.l-0.SQ/^C^UQ/^N1-S-15%，Co:3-8%，Cr:4-8%，La203:l-3%，Ce02:0-l%，Pr60i1:0-l%，Nd203:0-l%，通過研磨制備粉體、加壓造粒、初成型、壓力燒結、后處理等，合理控制工藝參數，最終得到陶瓷刀具材料。2.根據權利要求1所述，一種金屬基陶瓷刀具及制備方法的具體步驟如下: (1)根據組分要求，按照比例利用高精度天平稱取上述組分，在烘箱中進行烘干處理，所述上述組分粒度為3-5微米，純度為99.5%以上； (2)采用漩渦研磨機的氣流研磨法進行混合粉體制備，以氣體傳輸粉料進行研磨得到混合均勻的粉體，并進行分級和干燥處理，所述分級采用標準篩網進行篩分； (3)在組分粉末中加入一定量的塑化劑，預先攪拌混合均勻，過篩，然后在液壓機上用壓模以18-25兆帕的壓力保壓1-2分鐘，破碎過篩后即制成粒度較粗且具有一定假顆粒度級配，流動性好的團粒，所述團粒粒徑約300-800微米； (4)將團粒置入真空燒結系統，通入惰性氣體進行初步模壓成型，然后在500-800攝氏度條件下進行處理； (5)最后將初步模壓成型的產品進行燒結處理，燒結的溫度為1450-1580攝氏度，燒結保溫時間為1-5小時。
【文檔編號】B22F5/00GK105861901SQ201610361141
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月29日
【發明人】程敘毅
【申請人】程敘毅