/Co-Ni-BN金属陶瓷模具材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种有色合金模具材料及其制备方法，特别是涉及一种Al203-Zr02 /Co-N1-BN金属陶瓷模具材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着材料行业的快速发展，模具在现代工业发展中成为不可替代的设备，对工业发展奠定了大规模发展的基础。由于模具在工作环境中，经常发生氧化，粘膜，腐蚀甚至出现焊合等现象，而传统材料如高硬刚、硬质合金、传统陶瓷已经不能满足工业实际生产需求。工业领域目前常用的陶瓷模具材料大多为TZP/Al203、PSZ、Si3N4、Sialon、3Y-TZP/Al203、Al203/Ni等。由于性能差异性较大，不同陶瓷体系的模具材料受到使用环境的局限。
[0003]作为多相复合金属陶瓷具有耐高温，耐磨损、抗氧化、抗热震等优异性能，其金属陶瓷模具已成为铜合金、铝合金及钛合金等热挤压加工领域替代硬质合金、模具钢、陶瓷模具的最佳材料。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种Al203-Zr02 /Co-N1-BN金属陶瓷模具材料及其制备方法，本发明制备出高性能的金属陶瓷模具材料，在能够更好的用于易磨损、易腐蚀、高温、高压等恶劣条件，对生产中降低加工成本，提高生产效率等方面有显著进步。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
Al203-Zr02 /Co-N1-BN金属陶瓷模具材料，所述材料的配料包括原料A1203粉末、ZrO 2粉末、等比例质量的BN、Co、Ni粉末，A1203纳米颗粒的含量按质量百分比为72.25-82.45%，Zr02微米颗粒的含量按质量百分比为12.75-14.55%，BN、Co、Ni按质量比1:1:1称料含量按总质量百分比3-15% ;材料抗弯强度为1014~1423Mpa，断裂韧性为7-14.7MPa.m1/2,硬度达到 8.7-13.4Gpa。
[0006]Al203-Zr02 /Co-N1-BN金属陶瓷模具材料制备方法，所述方法采用以下工艺步骤一次作业:
①配料:将原料A1203粉末、ZrO2粉末、等比例质量的BN、Co、Ni粉末为原料，A1 203纳米颗粒的含量按质量百分比为72.25-82.45%，Zr02微米颗粒的含量按质量百分比为12.75-14.55%，BN、Co、Ni按质量比1:1:1称料含量按总质量百分比3-15% ；
②球磨混料，将配好的物料加入球磨机中，球磨24小时，放入干燥箱内，60°C干燥24小时，制备出Al203-Zr02/Co_N1-BN复合粉体；
③粉末成型与烧结:将步骤②处理后的复合粉体加入到真空热压烧结炉石墨模具中，在真空条件下，烧结温度为1450°C ~1650°C，压力为30Mpa，真空度为6 X 10 2’热压30分钟。
[0007]所述的Al203-Zr02 /Co-N1-BN金属陶瓷模具材料制备方法，所述步骤②中球磨介质选用无水乙醇，磨球为高纯氧化铝球，混合后的的复合粉体在干燥箱中干燥。
[0008]所述的Al203-Zr02 /Co-N1-BN金属陶瓷模具材料制备方法，所述方法步骤③中采用真空热压烧结的方法进行烧结，烧结温度为1450°C ~1650°C，压力为30Mpa，真空度为6X102，热压30分钟。
[0009]本发明的优点与效果是:
本发明的Al203-Zr02/Co-Ni_BN金属陶瓷模具材料性能参数为:抗弯强度1014-1423MPa，断裂韧性为 7-14.7MPa.m1/2,硬度达到 8.7-13.4Pa。当 Co-N1-BN 含量为 4%时，样品的抗弯强度、断裂韧性和硬度达到最大值。本发明方法制备出高性能的金属陶瓷模具材料，在能够更好的用于易磨损、易腐蚀、高温、高压等恶劣条件，对生产中降低加工成本，提高生产效率等方面有显著进步。
【附图说明】
[0010]图1为金属陶瓷表面第一节点背散射点子像；
图2为图1的能谱分析图谱；
图3为金属陶瓷表面第二节点背散射点子像；
图4为图3的能谱分析图谱；
图5为BN-Co-Ni合金含量为3%时在1500°C，30PMPa压力条件下保温30min后的样品断口形貌；
图6为BN-Co-Ni合金含量为6%时在1500°C，30PMPa压力条件下保温30min后的样品断口形貌；
图7为BN-Co-Ni合金含量为9%时在1500°C，30PMPa压力条件下保温30min后的样品断口形貌；
图8为BN-Co-Ni合金含量为12%时在1500°C，30PMPa压力条件下保温30min后的样品断口形貌；
图9为BN-Co-Ni合金含量为15%时在1500°C，30PMPa压力条件下保温30min后的样品断口形貌；
图10为样品的抗弯强度曲线；
图11为样品的断裂韧性曲线；
图12为样品的硬度曲线。
【具体实施方式】
[0011 ] 下面结合实施例对本发明进行详细说明。
[0012]本发明材料组分包括基体材料和增韧相，基体材料为A1203，其颗粒粒径为60nm质量百分比含量为72%-82%，相变增韧相Zr02为质量分数12.8-14.6%，其粒径为200nm ;层状增韧相BN为1%-5%，其粒径为lOOnm;延性增韧相Co_Ni为质量分数2%_10%其粒径为lOOnm。制备工艺步骤:第一步是原料的混合和干燥，第二部分是粉末成型和烧结。所制备的金属陶瓷模具材料的抗弯强度为1014-1423，MPa，断裂韧性为7-14.7MPa.m1/2，硬度达到8.7-13.4GPa0
[0013]本发明的Al203-Zr02/Co-Ni_BN金属陶瓷模具材料制备工艺采用如下步骤:
1)配料:以A1203粉末、ZrO 2粉末、BN粉末、金属Co、Ni粉末为原料，A1 203纳米颗粒的含量按质量百分比为72-82%，Zr02为质量分数12.8-14.6%，BN、Co、Ni按质量比1:1:1称料含量按质量百分比3-15% ;
2)球磨混料:将配好的物料加入行星球磨机中，球磨24小时，放入真空干燥箱内，60°C干燥24小时，球磨制备出Al203-Zr02/Co-N1-BN复合粉体；
3)粉末成型与烧结:将步骤2处理后的复合粉体加入到真空热压烧结炉中，在真空条件下，温度为1450°C ~1650°C，压力为30MPa真空热压30min，制备出Al203-Zr02/Co_N1-BN金属陶瓷模具材料。
[0014]本发明采用的原料:A1203粉末:粒径为60nm，纯度A1 203含量>99.9% ；ZrO 2粉末:粒径为0.2 μ m含量>99.7% ；BN粒径为0.1 μ m，含量>99.7% ；Co粉和Ni粉:粒径为0.1 μ m含量 >99.9%。
[0015]实施例1
以八1203纳米颗粒、2抑2和8队0)、附微米颗粒为原料41203纳米颗粒的含量按质量百分比为82.45%，Zr02颗粒的含量按质量百分比为14.55%，等质量比例的BN、Co、Ni微米颗粒含量按质量百分比分别为1% ;然后将配好的复合粉体加入行星球磨机中，球磨介质为无水乙醇，高纯氧化铝球为磨球，球磨24h，然后在干燥箱内干燥24h，制备出Al203-Zr02/Co-Ni_BN复合粉体，将复合粉体在真空热压烧结炉内进行热压烧结，真空热压烧结温度为1550°C、热压压力为30MPa，热压时间30min，真空度为6 X 10 2MPa,制备出Al203-Zr02/Co_N1-BN金属陶瓷模具材料。采用单边三点弯曲强度试验检测材料抗弯强度；采用SENB法检测材料的断裂韧性；采用Vickers压痕硬度法测定材料的维氏硬度(Hv);采用扫描电镜(SEM)检测了材料的显微组织和断口形貌。
[0016]所制备的Al203-Zr02/Co-Ni_BN金属陶瓷模具材料的性能测试结果为:抗弯强度为1014M