采用Ni‑Cu连续固溶体作粘结相的Ti基金属陶瓷材料的制作方法

本发明属于ti基金属陶瓷材料技术领域，具体涉及一种采用ni-cu连续固溶体作粘结相的ti基金属陶瓷材料及其制备方法。

背景技术：

金属切屑是零件成型的主要加工手段之一，在制造业中占有十分重要的地位。ti基金属陶瓷是一类以tic、tin和ti(c,n)的单一或者混合粉为硬质相，以co、ni和mo等金属为粘结相构成，具有较高的红硬性、耐磨性以及较好的抗氧化能力，是用来制作高速高效切屑刀具的理想候选材料，但是其强韧性不足，制约了tic、tin和ti(c,n)基金属陶瓷材料的推广应用。tic、tin和ti(c,n)基金属陶瓷常用ni作为粘结金属，由于粘结相ni强度和硬度较差，tic、tin和ti(c,n)基金属陶瓷通常的抗弯强度在1000～2000mpa之间，而常用的wc-co类硬质合金的抗弯强度在1800～3500mpa之间，但是由于w和co资源短缺，开发无钨金属陶瓷显得十分迫切。

tic、tin和ti(c,n)基金属陶瓷主要原料资源丰富，成本低，但是其强韧性与wc-co类硬质合金强韧性还存在较大的差距，目前只是在切屑刀具领域作为wc-co类硬质合金的替代材料，在wc-co类硬质合金其它的领域如钻探领域还没有实现良好的运用，因而如何提高tic、tin和ti(c,n)基金属陶瓷的强韧性，是一个研究的热点。

技术实现要素：

本发明针对tic、tin和ti(c,n)基金属陶瓷材料强韧性不足的缺陷，提供了一种采用ni-cu连续固溶体作粘结相的ti基金属陶瓷材料，以达到有效提高tic、tin和ti(c,n)基金属陶瓷材料的致密度、强韧性和耐磨性等性能并能降低成本的目的。

本发明提供的这种采用ni-cu连续固溶体作粘结相的ti基金属陶瓷材料，其组分重量百分比为：添加相：0％～45％，粘结相：10％～50％，余量为硬质相，各组分重量百分比之和为100％；所述添加相为wc、(ti,w)c、mo、mo2c、tac、nbc、cr、cr3c2、vc中的一种或多种；所述硬质相为tic、tin和ti(c,n)中的一种或多种；所述粘结相为cu-ni连续固溶体加co，且cu含量÷(ni+co)含量≤1，co含量≤ni含量。

为进一步提高金属陶瓷材料的强韧性，所述采用ni-cu连续固溶体作粘结相的ti基金属陶瓷材料，其组分重量百分比优选为：

添加相：15％～40％；

粘结相：12％～30％；

余量为硬质相wc，各组分重量百分比之和为100％。

为了使金属陶瓷具有更好的强度和韧性，所述金属陶瓷材料的粘结相中cu、ni、co三者的比例优选为cu:(ni+co)＝1:2～1:20。所述ti基金属陶瓷材料的优选成分组成为：35％tic，35％(ti/w)c，15％ni，10％cu，5％co。

本发明提供的采用ni-cu连续固溶体作粘结相的ti基金属陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将原料按照配比进行称料后，放入球磨机进行湿磨；

(2)球磨后的浆料，通过喷雾干燥法，进行干燥，然后对干燥后物料进行压制和烧结，得到金属陶瓷材料。

所述步骤(1)球磨工艺参数是：步骤(1)中球磨工艺参数是：球磨机中球料比为4:1～8:1；球磨速度为33～40r/min；球磨介质为酒精，酒精和原料的重量比为1:1.5～1:3；球磨时间为20～40h；成型剂为石蜡，石蜡与原料的重量比为1:25～1:35。

所述步骤(2)模压压力为100～200mpa，烧结的炉压为4～8mpa，烧结温度为1350～1450℃，保温时间0.5～3h。

单质cu作为tic、tin和ti(c,n)基金属陶瓷材料的粘结相，金属陶瓷具有较高的强度，但单质cu存在对硬质相的润湿性差，因而金属陶瓷材料中cu含量不能太高；ni的强度较弱，但其耐腐蚀性能优越，其余整体性能比co差很多，在cu-ni固溶体粘结相中加入co，可以进一步提高金属陶瓷材料的强韧性和硬度。本发明采用ni-cu连续固溶体加co作为粘结相，保证ni-cu连续固溶体对硬质相的润湿角基本与ni对硬质相的润湿角相近，此外，本发明金属陶瓷中还可加入wc、(ti,w)c、mo、mo2c、tac、nbc、cr、cr3c2、vc等调节材料的润湿角、晶粒度、强韧性、硬度等指标，进一步提升金属陶瓷的性能。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的金属陶瓷材料采用cu-ni连续固溶体加co作粘结相，可以提高cu在金属陶瓷中的含量，从而提高金属陶瓷材料的强韧性，而且cu-ni原料价格低廉，密度轻，可以降低金属陶瓷材料的生产成本。

(2)本发明的金属陶瓷材料可采用常规硬质合金生产工艺生产，适于大规模工业化生产，能在更大范围内代替wc-co类硬质合金，是一种非常有前途的新材料。

附图说明

图1是本发明的ni-cu连续固溶体作粘结相的金属陶瓷材料的金相照片。

图2是本发明的ni-cu连续固溶体作粘结相的金属陶瓷材料的扫描照片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步描述。

实施例1

按质量百分比50tic-25ni-24cu-1co称料后，在球磨机进行湿磨，球料重量比为5:1，球磨转速为33r/min，球磨介质为酒精，酒精和原料的重量比为1:2，成型剂为石蜡，石蜡与原料的重量比为1:25，球磨时间为30h；球磨后过滤，接着通过喷雾干燥，得合金粉末混合物。然后将合金粉末混合物压制，模压压力为150mpa，最后进行烧结，烧结温度为1380℃，烧结的炉压为4mpa，保温时间1.5h，其性能测试结果如下表所示：

实施例2

按质量百分比50tic-19ni-19cu-10co-2mo2c称料后，在球磨机进行湿磨，球料重量比为4:1，球磨转速为37r/min，球磨介质为酒精，酒精和原料的重量比为1:1.5，成型剂为石蜡，石蜡与原料的重量比为1:30，球磨时间为20h；球磨后过滤，接着通过喷雾干燥，得合金粉末混合物。然后将合金粉末混合物压制，模压压力为100mpa，最后进行烧结，烧结温度为1400℃，烧结的炉压为5mpa，保温时间0.5h，其性能测试结果如下表所示：

实施例3

按质量百分比35tic-35(ti/w)c-15ni-10cu-5co称料后，在球磨机进行湿磨，球料重量比为8:1，球磨转速为40r/min，球磨介质为酒精，酒精和原料的重量比为1:3，成型剂为石蜡，石蜡与原料的重量比为1:35，球磨时间为40h；球磨后过滤，接着通过喷雾干燥，得合金粉末混合物。然后将合金粉末混合物压制，模压压力为200mpa，最后进行烧结，烧结温度为1450℃，烧结的炉压为8mpa，保温时间3h，其性能测试结果如下表所示：

实施例4

按质量百分比38(tic-tin)-38(ti/w)c-12ni-5cu-6.5co-0.5mo2c称料后，在球磨机进行湿磨，球料重量比为7:1，球磨转速为36r/min，球磨介质为酒精，酒精和原料的重量比为1:2.5，成型剂为石蜡，石蜡与原料的重量比为1:29，球磨时间为33h；球磨后过滤，接着通过喷雾干燥，得合金粉末混合物。然后将合金粉末混合物压制，模压压力为145mpa，最后进行烧结，烧结温度为1350℃，烧结的炉压为6mpa，保温时间2h，其性能测试结果如下表所示：

实施例5

按质量百分比40ti(c，n)-40(ti/w)c-10ni-5cu-5co称料后，在球磨机进行湿磨，球料重量比为8:1，球磨转速为36r/min，球磨介质为酒精，酒精和原料的重量比为1:2.5，成型剂为石蜡，石蜡与原料的重量比为1:29，球磨时间为40h；球磨后过滤，接着通过喷雾干燥，得合金粉末混合物。然后将合金粉末混合物压制，模压压力为200mpa，最后进行烧结，烧结温度为1420℃，烧结的炉压为6mpa，保温时间2h，其性能测试结果如下表所示：

对比例

按质量百分比40ti(c，n)-40(ti/w)c-19ni-1mo2c称料后，在球磨机进行湿磨，球料重量比为8:1，球磨转速为36r/min，球磨介质为酒精，酒精和原料的重量比为1:2.5，成型剂为石蜡，石蜡与原料的重量比为1:29，球磨时间为40h；球磨后过滤，接着通过喷雾干燥，得合金粉末混合物。然后将合金粉末混合物压制，模压压力为200mpa，最后进行烧结，烧结温度为1420℃，烧结的炉压为6mpa，保温时间2h，其性能测试结果如下表所示：

根据对比例与实施例中金属陶瓷的硬度和抗弯强度进行比较，可以看出实施例中金属陶瓷的硬度和抗弯强度均优于对比例。