专利名称：一种金属陶瓷刀具材料及制备方法
技术领域：
本发明为一种金厲陶瓷刀具材料及其制备方法，特别涉及具有不锈钢粘结剂的TiCN基金厲陶瓷及其 制备方法。
背景技术：
自1923年发明以来，WC-Co系硬质合金一直是切削加工的最主要材料。用于制造硬质合金的W和Co 都;稀缺的战略资源,据美国地质调查局2000年统计，世界钨储量为370万t,储量基础为580万t。世 界钨储量主要集中在中国、俄罗斯、加拿大和美国，四国占世界总量的84%。在世界钨储量中，中国占 66%,居世界首位，但总体说来，钨仍然是一种稀缺的战略资源，国内外市场上W价格上涨。目前世界Co 储量(不含中国)约为450万吨，储量基础为960万吨，且主要分布在政治动荡的非洲国家；而我国Co资 源缺乏，硬质合金刀具占全国Co消耗量的70X， Co产量不能满足国内需求，半数需要进口， Co的供货与 需求情况复杂，很不稳定(中非政局动荡，供货困难；俄罗斯经济不稳定，出口前荣不明朗)，致使Co的 价格波动幅度较大。而且据报道，肺癌与吸入含Co的粉末有关。因此硬质合金行业希望降低Co的用量和 寻找Co的代替品。
开发少(无)W、 Co的金属陶瓷迫在眉睫。TiCN已经证明了可取代WC做硬质相，而Fe在元素周期表 中与Co、 Ni同属铁族金属，密度、熔点、原子半径相近，物理、化学性能相近，是代替Co的候选。更 重要的是，Ni和Fe资源要丰富的多，我国Ti资源具世界之首，占世界己开采储量的64V而四川省的攀 西地区这个占国土面积仅0.7X的地区则蓬藏着全国93X的Ti资源，占绝对优势；Fe更可以说是一种平民 化的金厲。专利98808562.3公开了一种含钴一镍一铁粘结剂的金厲陶瓷制成的刀片。该刀片包含至少一 种硬质组元(WC或TiCN)和约2-19wt^的Co—Ni—Fe粘结剂。所述Co—Ni—Fe粘结剂的特点在于甚 至在发生塑性变形时，所述粘结剂仍基本上保持其面心立方(fcc)晶体结构不变，而且，能够避免出现 应力和/或应变诱发的转变。
尽管近年来对Fe代Co硬质合金作了较多的研究，但由于Fe对硬质相的润湿性不好，铁粉湿磨不易 分散，制出的合金孔隙度大，容易氧化生锈等特点。因此，目前，Fe基合金粘粘的硬质合金只在矿山工具、 耐磨零件等几个领域得到了有限的应用，而在典型的硬质合金产品——切削刀具领域应用很少。本发明克 服上述工艺问题，制备出了性能优异的TiCN"Fe金厲陶瓷切削刀片。本发明制成的金厲陶瓷刀片具有高的 硬度和耐磨性，耐腐蚀性，低的孔隙度和低的成本及战略资源消耗，可用于低碳钢的(半)精加工。
发明内容
本发明针对目前硬质合金对战略资源消耗大的问题，以及Fe粘结剂的硬质合金在切削刀具领域应用 极少的现状，发明了一种不锈钢粘结剂TiCN基金厲陶瓷及其制备方法。
本发明的金属陶瓷切削刀具材料,其特征在于粘结相占15 25wtX，为不锈钢成分；Mo2C占10 15wtX; 其余为TiCN硬质相。
本发明的金厲陶瓷的制备方法，依次包括以下两个步骤
(1) 制备粘结相粉末将铬铁粉、羰基铁粉、羰基镍粉和碳黑粉配制成成分为Cr:18 20vrtX， Ni:8 11wtX， C: 0.05 0.12wtX的不锈钢成分,经过机械合金化处理，制得的粉末用作金属陶瓷的不锈钢粘 结相；
(2) 制备金厲陶瓷将制备出的粘结相粉末、M02C和TiCN粉末进行混合湿磨，料浆经过过滤、干燥、 压制成型和烧结制成金厲陶瓷刀具材料；
本发明的金厲陶瓷的制备方法，其进一步的特征在于
(1) 制备粘结相粉末时，铬铁粉含Cr60 70wtX,粒度为-100O -1200目；羰基镍粉和羰基铁粉的粒 度为1.5 2.5nm;碳黑粉末的粒度〈1.0um:不锈钢成分的混合粉末的机械合金化处理在行星式球磨 机中进行,球磨转速为200 300r/min,研磨时间为24 48h，研磨球为直径08mn的3O4不锈钢球，球 料比(wtX)为10: 1:湿磨介质为无水乙酵，并加入0.3 1.0wtX的硬脂酸山梨粮脂作分散剂，无水 乙醇加量为250~300ml/Kg;过滤真空干燥后便制备出不锈钢粘结相粉末；
(2) 制备金厲陶瓷时，MoaC的粒度为1.0~1.5wm; TiCN的粒度为0. 8~1. 5w m;湿磨在滚筒式球磨 机中进行，球磨转速为50 80r/min,研磨时间为48 56h.研磨球为直径(D10r加的WC-8wtXCo硬质 合金汰球料比(wtX)为15: 1;湿磨介质为无水乙醇，并加入1.0 2.0wtX的成型剂聚乙二醇，无 水乙醇加量为250 300ml/Kg;过滤干燥后的粉末在300 400MPa的压力下成型；烧结在真空炉中进 行，脱成型剂在真空度高于10 15Pa下进行，在400'C 6(XrC之间保温2-4h;烧结真空度高于1~5 X10—2pa下进行，烧结温度为142(TC 1460'C，保温时间为1 1.5h。
本发明的优点在于
由于Fe粉湿磨不易分散，本发明采用高能球磨法，使其均匀分散；同时粘结剂是不锈钢成分，为单 相奥氏体，具有良好抗氧化和腐蚀性能；添加的MoW与TiCN之间形成复杂固溶体，可改善Fe粘结剂与 TiCN之间的润湿性，以减小烧结后金厲陶瓷的孔隙度，并获得良好的机械性能。本发明制成的金厲陶瓷刀 片具有高硬度和耐磨性，耐腐蚀性，低孔隙度、低的战略资源消耗和高的性价比，可用于低碳钢的(半) 精加工。
图1本发明中实例1金厲陶瓷微观组织形貌(5000X) 图2本发明中实例2金属陶瓷微观组织形貌(5000X)
具体实施例方式
实例1:原料特征如下粒度为-1000目的铬铁粉，含Cr65vrtV ;羰基镍粉和羰基铁粉的粒度为1.5-2. 5 um， M02C的粒度为1.55um;碳黑粉末的粒度0.8um ; TiCN的C/N为70: 30,其粒度为1. 0~1. 5um。 将这些粉末配制成成分为Cr:18wtX， Ni:9wtX， C: 0.05wtX，混合粉末在行星式球磨机中进行研磨，球磨 转速为200r/min,研磨时间为24h.研磨球为直径08nm的304不锈钢球，球料比为10: 1;湿磨介质为 无水乙醇，并加入0.3vrtX的硬脂酸山梨粮脂作分散剂；过滤真空干燥后便制备出不锈钢粘结相粉末。金厲 陶瓷的配方为粘结相占15wtX， Mo2C占10wtX，其余为TiCN硬质相。湿磨在滚筒式球磨机中进行，球磨转 速为56r/min,研磨时间为48h,研磨球为直径O10mm的WC-8vrtXCo硬质合金球，球料比为15: 1;湿磨 介质为无水乙醇，并加入1wtX的聚乙二醇；过滤干燥后的粉末在300 400MPa的压力下成型；烧结在真空 炉中进行.脱胶在真空度高于10 15Pa下进行，在400'C 600'C之间保温2-4h;烧结真空度高于1 5 X10—卞a下进行，烧结温度为146(n:，保温时间为1 1.5h。根据上述成分和工艺条件制备的Fe基金属陶 瓷组织均匀，其晶粒度为0.8-1.0um,抗弯强度1400MPa,硬度92.0HRA，其微观形貌见图1。本成分金属 陶瓷可用于低碳钢的精加工。
实例2:原料特征如下:粒度为-1000目的铬铁粉，含Cr65wtV ;羰基镍粉和幾基铁粉的粒度为1. 5-2. 5 nm, Mo2C的粒度为1.55ixm;碳黑粉末的粒度0.8um ; TiCN的C/N为50: 50，其粒度为1.0-1. 5wm。 将这些粉末配制成成分为Cr:19wtX， Ni:10wtX， C: 0. 08wtV混合粉末在行星式球磨机中进行研磨，球磨 转速为200r/min,研磨时间为36h.研磨球为直径C)8mn的304不锈钢球，球料比为10: 1:湿磨介质为 无水乙醇，并加入0.3wtX的硬脂酸山梨粮脂作分散剂；过滤真空干燥后便制备出不锈钢粘结相粉末。金厲 陶瓷的配方为粘结相占25wtX， llloaC占15wtX，其余为TiCN硬质相。湿磨在滚筒式球磨机中进行，球磨转 速为56r/mVi.研磨时间为56h,研磨球为直径01Omm的WC-8wtXCo硬质合金球.球料比为15: 1;湿磨 介质为无水乙酵，并加入1wtX的聚乙二酵；过滤干燥后的粉末在300 400MPa的压力下成型；烧结在真空 炉中进行，脱胶在真空度离于10 15Pa下进行，在400'C 600t:之间保温2-4h;烧结真空度高于1 5 X10—2pa下进行，烧结温度为1440'C,保温时间为1 1.5h。根据上述成分和工艺条件制备的Fe基金厲陶 瓷组织均匀，其晶粒度为0.8-1.0um,抗弯强度1620MPa,硬度91.4冊A,其微观形貌见图2。本成分金属 陶瓷可用于低碳钢的半精加工。
权利要求
1.一种金属陶瓷切削刀具材料，其特征在于粘结相占15～25wt％，为不锈钢成分；Mo2C占10～15wt％；其余为TiCN硬质相。
2. 根据权利要求1述的金属陶瓷的制备方法，依次包括以下两个步骤(1) 制备粘结相粉末将铬铁粉、羰基铁粉、羰基镍粉和碳黑粉配制成成分为Cr:18 20wt%， Ni:8 11wt%， C: 0. 05 0.12wt9i的不锈钢成分,经过机械合金化处理，制得的粉 末用作金属陶瓷的不锈钢粘结相；(2) 制备金属陶瓷将制备出的粘结相粉末、Mo2C和TiCN粉末进行混合湿磨，料浆经过 过滤、干燥、压制成型和烧结制成金属陶瓷刀具材料。
3. 根据权利要求2所述的金属陶瓷的制备方法，其特征在于(1) 制备粘结相粉末时，铬铁粉含Cr60 70wtV粒度为-1000 H200目；羰基镍粉和羰 基铁粉的粒度为1.5 2.5um;碳黑粉末的粒度〈1.0nm;不锈钢成分的混合粉末的机械 合金化处理在行星式球磨机中进行，球磨转速为200 300r/min.研磨时间为24 48h, 研磨球为直径①8mm的304不锈钢球，球料比(wt%)为10: 1;湿磨介质为无水乙醇， 并加入0.3 1.0wtX的硬脂酸山梨粮脂作分散剂，无水乙醇加量为250 300ml/Kg;过滤 真空干燥后便制备出不锈钢粘结相粉末；(2) 制备金属陶瓷时，MoaC的粒度为1.0 1.5um; TiGN的粒度为0. 8 1. 5u m;湿磨在 滚筒式球磨机中进行，球磨转速为50 80r/min,研磨时间为48 56h,研磨球为直径0> 10mm的WC-8wtXCo硬质合金球，球料比(wt%)为15: 1;湿磨介质为无水乙醇，并加入 1.0 2.0wtX的成型剂聚乙二醇，无水乙醇加量为250 300ml/Kg;过滤干燥后的粉末在 300 400MPa的压力下成型；烧结在真空炉中进行，脱成型剂在真空度高于10 15Pa下 进行，在400" 600'C之间保温2-4h;烧结真空度高于1 5X10—2Pa下进行，烧结温度 为1420。C 1460。C，保温时间为1~1. 5h。
全文摘要
本发明公开了一种不锈钢粘结的TiCN基金属陶瓷刀具材料及制备方法，其特征在于粘结相占15～25wt％，为不锈钢成分；添加10～15wt％的Mo<sub>2</sub>C；其余为TiCN硬质相。首先将铬铁粉、羰基铁粉、羰基镍粉配制成成分为Cr18～20wt％，Ni8～11wt％，C0.05～0.12wt％的不锈钢成分。加入硬脂酸山梨粮脂作分散剂，在行星球磨机中进行机械合金化，制得不锈钢预合金粉末作金属陶瓷的粘结相；然后将粘结相粉末、Mo<sub>2</sub>C和TiCN粉末在无水乙醇中进行湿磨，并加入聚乙二醇，料浆经过过滤、干燥、压制成型和烧结制成金属陶瓷刀具材料。本发明制成的金属陶瓷刀片具有高硬度和耐磨性，耐腐蚀性，低孔隙度、低的战略资源消耗和高的性价比，可用于低碳钢的(半)精加工。
文档编号C22C29/04GK101343709SQ200810045998
公开日2009年1月14日 申请日期2008年9月8日 优先权日2008年9月8日
发明者吴悦梅, 梅 杨, 计 熊, 郭智兴, 陈建中 申请人:四川大学