一种金属基陶瓷刀具及制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种金属基陶瓷刀具及制备方法，其主要组分由以下材料组成：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%，通过研磨制备粉体、加压造粒、初成型、压力烧结、后处理等，合理控制工艺参数，最终得到陶瓷刀具材料，本发明操作简单，刀具材料具有化学稳定性且抗切削熔着、能切削难熔金属、对钢的摩擦系数小等优点。
【专利说明】
一种金属基陶瓷刀具及制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及金属材料领域，具体涉及一种金属基陶瓷刀具及制备方法。
【背景技术】
[0002]目前主要刀具材料为高速钢和硬质合金，刀具磨损是刀具的主要失效形式由磨损、崩刃、崩碎、打刀等，刀具材料的力学性能、工艺性能以及可最大限度降低刀具成本的经济性是刀具发展的方向，传统熔融高速钢刀具高温硬度也较好，但是其抗弯强度、韧性较低，传统的硬质合金刀具价格较高，其对主要成分钨资源需求量较大，发展存在一定的局限性；
金属陶瓷的性能介于陶瓷和碳化钨系列硬质合金之间，硬度比硬质合金刀具高，抗氧化性能好，并且断裂韧性和抗弯强度比非金属陶瓷刀具高，它既保持了陶瓷的高强度、高硬度等特性，又具有较好的金属韧性和可塑性等，但陶瓷刀具的抗弯强度、热导率、韧性等很低，在温差大或有较大冲击载荷时，刀具容易失效;碳化钛和氮化钛基金属陶瓷是一种新型金属陶瓷材料，具有密度低、能切削难熔金属等优点，近几年得到了很大的发展，碳化钛和氮化钛基金属陶瓷用做刀具材料适合于铸铁、普通钢、高硬度钢的高速切削和干式切削，使用性能优于硬质合金和涂层硬质合金刀具，但随着切割效率、切割精度、切割时间的要求不断提高，现有的产品已经不能满足硬度、耐磨性、红硬性，特别是陶瓷刀具对抗弯强度、热导率、韧性等多种性能的要求;气流研磨法，就是以气体传输粉料的一种研磨方法，由于不使用研磨球及研磨介质，所以气流研磨法的磨粉纯度比一般机械研磨法的要高;粉末真空烧结是在低于大气压力条件下进行的粉末烧结，真空烧结的主要优点是:减少了气氛中有害成分(水、氧、氮)对产品的不良影响，改善液相对固相的润湿性，有利于收缩和改善合金的组织，有助于硅、铝、镁、钙等杂质或其氧化物的排除，起到净化材料的作用，促进烧结后期的收缩有明显作用。
【发明内容】
[0003]一种金属基陶瓷刀具及制备方法，其主要组分由以下材料组成: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]—种金属基陶瓷刀具及制备方法主要是通过研磨制备粉体、加压造粒、初成型、压力烧结、后处理等，合理控制工艺参数，最终得到陶瓷刀具材料，具体步骤如下:
(1)根据组分要求，按照比例利用高精度天平称取上述组分，在烘箱中进行烘干处理，所述上述组分粒度为3-5微米，纯度为99.5%以上；
(2)采用漩涡研磨机的气流研磨法进行混合粉体制备，以气体传输粉料进行研磨得到混合均匀的粉体，并进行分级和干燥处理，所述分级采用标准筛网进行筛分；
(3)在组分粉末中加入一定量的塑化剂，预先搅拌混合均匀，过筛，然后在液压机上用压模以18-25兆帕的压力保压1-2分钟，破碎过筛后即制成粒度较粗且具有一定假颗粒度级配，流动性好的团粒，所述团粒粒径约300-800微米；
(4)将团粒置入真空烧结系统，通入惰性气体进行初步模压成型，然后在500-800摄氏度条件下进行处理；
(5)最后将初步模压成型的产品进行烧结处理，烧结的温度为1450-1580摄氏度，烧结保温时间为1-5小时。
[0005]本发明的具有以下优点:
1、通过漩祸研磨机的气流研磨法，由于不使用研磨球及研磨介质，所以气流研磨法的磨粉纯度比一般机械研磨法的要高，对产品品质提供有力保障；
2、制品表面光洁度好、尺寸精密，可制取多种复合材料且组织均匀无沙眼、缩孔等，工艺能耗消耗小，较为经济；
3、在烧结初期通入惰性气体，保证真空烧结过程的加热速度和炉温的均匀性，冷却时采用循环气体冷却方法来提高真空烧结的冷却速度，避免组分元素与氢、氧、氮等气体发生反应；
4、合理配置组分元素，适当增加稀土氧化物元素，改善金属陶瓷基产品性能，提升化学稳定性抗弯强度、热导率和韧性。
【具体实施方式】
[0006]实施例1
一种金属基陶瓷刀具及制备方法，其主要组分由以下材料组成: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%;
一种金属基陶瓷刀具及制备方法主要是通过研磨制备粉体、加压造粒、初成型、压力烧结、后处理等，合理控制工艺参数，最终得到陶瓷刀具材料，具体步骤如下:
(1)根据组分要求，按照比例利用高精度天平称取上述组分，在烘箱中进行烘干处理，所述上述组分粒度为3微米，纯度为99.5%以上；
(2)采用漩涡研磨机的气流研磨法进行混合粉体制备，以气体传输粉料进行研磨得到混合均匀的粉体，并进行分级和干燥处理，所述分级采用标准筛网进行筛分；
(3)在组分粉末中加入一定量的塑化剂，预先搅拌混合均匀，过筛，然后在液压机上用压模以18兆帕的压力保压I分钟，破碎过筛后即制成粒度较粗且具有一定假颗粒度级配，流动性好的团粒，所述团粒粒径约300微米；
(4)将团粒置入真空烧结系统，通入惰性气体进行初步模压成型，然后在500摄氏度条件下进行处理；
(5)最后将初步模压成型的产品进行烧结处理，烧结的温度为1450摄氏度，烧结保温时间为3小时。
[0007]实施例2
一种金属基陶瓷刀具及制备方法，其主要组分由以下材料组成: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% ；
一种金属基陶瓷刀具及制备方法主要是通过研磨制备粉体、加压造粒、初成型、压力烧结、后处理等，合理控制工艺参数，最终得到陶瓷刀具材料，具体步骤如下:
(1)根据组分要求，按照比例利用高精度天平称取上述组分，在烘箱中进行烘干处理，所述上述组分粒度为5微米，纯度为99.5%以上；
(2)采用漩涡研磨机的气流研磨法进行混合粉体制备，以气体传输粉料进行研磨得到混合均匀的粉体，并进行分级和干燥处理，所述分级采用标准筛网进行筛分；
(3)在组分粉末中加入一定量的塑化剂，预先搅拌混合均匀，过筛，然后在液压机上用压模以20兆帕的压力保压I分钟，破碎过筛后即制成粒度较粗且具有一定假颗粒度级配，流动性好的团粒，所述团粒粒径约500微米；
(4)将团粒置入真空烧结系统，通入惰性气体进行初步模压成型，然后在600摄氏度条件下进行处理；
(5)最后将初步模压成型的产品进行烧结处理，烧结的温度为1480摄氏度，烧结保温时间为3小时。
[0008] 实施例3
一种金属基陶瓷刀具及制备方法，其主要组分由以下材料组成: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%;
一种金属基陶瓷刀具及制备方法主要是通过研磨制备粉体、加压造粒、初成型、压力烧结、后处理等，合理控制工艺参数，最终得到陶瓷刀具材料，具体步骤如下:
(1)根据组分要求，按照比例利用高精度天平称取上述组分，在烘箱中进行烘干处理，所述上述组分粒度为5微米，纯度为99.5%以上；
(2)采用漩涡研磨机的气流研磨法进行混合粉体制备，以气体传输粉料进行研磨得到混合均匀的粉体，并进行分级和干燥处理，所述分级采用标准筛网进行筛分；
(3)在组分粉末中加入一定量的塑化剂，预先搅拌混合均匀，过筛，然后在液压机上用压模以20兆帕的压力保压1.5分钟，破碎过筛后即制成粒度较粗且具有一定假颗粒度级配，流动性好的团粒，所述团粒粒径约750微米；
(4)将团粒置入真空烧结系统，通入惰性气体进行初步模压成型，然后在650摄氏度条件下进行处理；
(5)最后将初步模压成型的产品进行烧结处理，烧结的温度为1550摄氏度，烧结保温时间为5小时。
【主权项】
1.一种金属基陶瓷刀具及制备方法，其主要组分由以下材料组成: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%，通过研磨制备粉体、加压造粒、初成型、压力烧结、后处理等，合理控制工艺参数，最终得到陶瓷刀具材料。2.根据权利要求1所述，一种金属基陶瓷刀具及制备方法的具体步骤如下: (1)根据组分要求，按照比例利用高精度天平称取上述组分，在烘箱中进行烘干处理，所述上述组分粒度为3-5微米，纯度为99.5%以上； (2)采用漩涡研磨机的气流研磨法进行混合粉体制备，以气体传输粉料进行研磨得到混合均匀的粉体，并进行分级和干燥处理，所述分级采用标准筛网进行筛分； (3)在组分粉末中加入一定量的塑化剂，预先搅拌混合均匀，过筛，然后在液压机上用压模以18-25兆帕的压力保压1-2分钟，破碎过筛后即制成粒度较粗且具有一定假颗粒度级配，流动性好的团粒，所述团粒粒径约300-800微米； (4)将团粒置入真空烧结系统，通入惰性气体进行初步模压成型，然后在500-800摄氏度条件下进行处理； (5)最后将初步模压成型的产品进行烧结处理，烧结的温度为1450-1580摄氏度，烧结保温时间为1-5小时。
【文档编号】B22F5/00GK105861901SQ201610361141
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月29日
【发明人】程叙毅
【申请人】程叙毅