专利名称：一种超细晶粒金属陶瓷的生产方法
技术领域：
本发明属于碳氮化钛TiC (N)金属陶瓷的生产方法，特别是一种采用氢 化钛(TiH2)等为主原料生产金属陶瓷的方法，采用该方法生产的金属陶瓷 具有硬质合金的优良性能，可广泛替代传统硬质合应用其工作(生产)领域。
背景技术：
Ti基金属陶瓷问世于1929年，但由于脆性大，其推广应用受到限制。传 统Ti基金属陶瓷的生产方法(流程)是原料TiC(N)等一湿磨干燥一加成型 剂压制成型一真空脱胶(蜡)一真空烧结一后加工得成品。采用此类方法由 于存在典型的溶解——析出机制，使金属陶瓷中不可避免的形成了环形相(脆 性相)、亦称包覆相或ss相，此种环形结构的存在始终制约了 Ti (C， N)、 TiC基等金属陶瓷的性能、加之该方法所生产的金属陶瓷晶粒较粗，影响其 强度的提高；致使其不能在传统的硬质合金应用领域内得到更广泛的应用。 针对上述弊端，在专利号为US5,137,565发明名称为《一种制备极细晶粒碳 氮化钛合金的方法》的美国专利文献中公开了一种以Ti、 Ta、 V、 W、 Co、 Ni等粉末为原料，首先经过球磨细化、混合后，将其熔炼成脆性金属间化合 物，然后将熔炼后的坯块破碎、球磨，获得粒度小于50um的预合金粉，再 经碳氮化处理得平均粒度小于0.2 U m、其粉末周围环绕着粘结金属的复合粉， 然后再将该复合粉球磨混合、压坯、真空或低压烧结，从而制得金属陶瓷制 品。该方法虽然消除了陶瓷制品中的环行相并能制得超细金属陶瓷；但由于 球磨后混合粉料中的氧含量增高，又没加入还原剂，致使Ti、 Ta、 V、 W、 Co、 Ni等金属粉内所含氧都无法脱掉，在碳氮化时极易形成(Ti、 W、 Ta、 V) (C、 N、 O)，在烧结过程中氧进入固溶体且无法脱除，最终使合金变脆， 而仍不能获得高性能的金属陶瓷。在申请号为03124597、发明名称为《TiC 硬质合金》的专利文献则公开了一种釆用Fe、 Ni、 Ti或其预合金粉与TiC粉 混合，首先在氮气保护及1200。C温度下预烧，然后在140(TC温度下进行真空 烧结，而制得晶粒度为1.6 3.0um的无环形结构(包覆相)TiC制品。该技 术虽然通过在N2中烧结，使粘结相中的Ti和N2发生反应，然后在真空烧结 中形成TiC一TiN固溶体并大量溶解于粘结相中，从而抑制了溶解一析出机机 制的产生，破坏了环形相的生成条件， 一定程度上提高了制品的性能，但由 于直接采用TiC粉为主要原料、在烧结过程中其晶粒不能被细化，因而存在 制品的晶粒度大、影响制品综合性能的提高等缺陷。 发明内容本发明的目的是研究设计一种超细晶粒金属陶瓷的生产方法，采用该方 法可抑制制品中脆性环形相的产生并细化晶粒；达到生产高性能超细金属陶 瓷，以广泛替代传统硬质金应用其工作及生产领域、节约钨资源等目的。本发明的解决方案是针对背景技术存在的缺陷，采用TiH2代替大部分 Ti粉既作原料、又作还原剂，利用氢化钛(TiH2)分解出的HT还原其它金属 中含的及吸附的氧，分解后的Ti具有更高的活性、又能更好地与其金属形成 金属间化合物。因此本发明方法包括-A. 熔制预合金首先将TiH2 30~50wt%，Ti 20 30wt%，Ta l 10wt%,W 3 10wt%,V 2 10wt%，Ni 5~20wt%, Co 2-12wt。/。的原料粉置于球磨机内、球磨 8 24小时至粒度《50um止，然后将混合粉料送入真空熔炼炉内，在氩气保 护及1380 1460'C温度下熔炼1 2.5小时，得预合金块，炉内真空度为 画 350mbr;B. 破碎及球磨将由A工序所得预合金块破碎后，送入球磨机内球磨 16 32小时、至粒径《50um止，球料比为3 5: 1;C. 配碳以B工序所得粉料中的Ti、 Ta、 W、 V的总含量计，加入将 其完全碳化所需理论含碳量80 100wtn/。的碳黑粉，球磨16~32小时；D. 碳氮化处理将配碳后的粉料置于石墨舟皿中并送入碳氮化处理炉
内，在氮气气氛及850 115(TC温度下进行碳氮化处理2.0 4.0小时，得平均 晶粒度《0.2 P m的Ti(C、 N)粉料；E.烧结将所得Ti(C、 N)粉料送入球磨机内湿磨18~72小时，然后经 常规干燥、掺胶、压坯、成型，最后送入烧结炉内、在1380 148(TC温度下 真空烧结1.0 3.0小时，随炉冷却即得目的物。上述熔制预合金时，在成份中还加入了原料粉总重量1 10 wt。/。的镀Mo 粉、与此相应在配碳时，所配碳量按Ti、 Ta、 W、 V、 Mo完全碳化所需理论 碳量的80 100wt。/。计。本发明由于在熔制预合金前的配料中以TiH2代替大部分金属Ti，既作为 原料、又作为还原剂，在预合金制备过程中TiH2分解出的lT不但可还原粉料 中的氧及球磨过程中吸附的氧，避免其进入固溶体内；而且TiH2分解后的Ti 活性更高，能更好地与其它金属形成金属间化合物；此外，先将Ti、 V、 Mo、 Co、 Ni等金属熔制成Ti高度弥散的预合金粉，在碳氮化时(Ti、 W、 V、 Ta、 Mo) (C、 N)核几乎没有长大的空间，而在粘结金属Co、 Ni中溶解入了饱和 的碳氮化物、在烧结时也不会发生溶解一析出现象，避免了脆性环形相的产 生；从而可获得高性能的超细金属陶瓷制品。采用本发明方法生产出的金属 陶瓷制品，晶粒度《0.8Pm，在抗弯强^2050Mpa时其硬度》90HRA，可广 泛地代替传统硬质合金制品应用其工作领域。
具体实施方式
方式1:以每批配制100kg预合金基础料为例A. 熔制预合金首先将20.0kgTi， 50.0kgTiH2， 2.2kgTa， V、 W、 Co: 各6.0kg及10.0kgNi的粉料送入球磨机内，球磨混合16小时，球料比为3.5: 1;然后将混合粉料送入真空感应炉内、在1420。C士2(TC及氩气保护和 300mbar真空的条件下熔炼1.5小时，得预合金块；B. 破碎及球磨将所得预合金块径鳄式破碎机破碎成直径《5mm的小 块后、送入球磨机内球磨3小时、至颗粒度《50um得预合金粉料，球料比 为3.5:1;C. 配碳将由B工序所得预合金粉料及15kg碳黑置于球磨机内球磨混 合24小时；D. 碳氮化处理将配碳后的物料置于各石墨舟皿内，并送入耐热管炉中，在氮气氛及100(TC士1(TC温度下处理3小时，得平均晶粒度《0.2um的 超细晶粒Ti(C、 N)粉末；E. 烧结将经碳氮化处理后的粉末再送入球磨机内湿磨48小时后，再 经常规真空干燥、掺胶混合、压坯后；送入烧结炉内、在真空度300mbr及 1430°C ± l(TC温度下烧结2.0小时，随炉冷却后即得制成品。经检测制品晶粒度《0.6um、抗弯强度^2080Mpa、硬度^91HRA。 实施例2:A.熔制预合金将原料粉Ti 22.0kg， TiH246.0kg， Ta2.0kg， W3.0kg， V、 Co:各6.0kg, Mo、 Ni:各8.0 kg —并置于球磨机内；此后球磨、熔炼以及B工序的破碎及球磨均与实施例1相同；C.配碳将由B工序所得预合金粉及15.5kg碳黑粉送球磨机内湿磨24 小时至颗粒度《50um，球料比为4: 1;以下的D.碳氮化处理及E.烧结工序亦均与实施例l相同。 所得制品经检测晶粒度《0.8 tx m，抗弯强度^2200Mpa、硬度》90HRA。
权利要求
1. 一种超细晶粒金属陶瓷的生产方法，包括A.熔制预合金首先将TiH2 30～50wt％，Ti 20～30wt％，Ta 1～10wt％，W 3～10wt％，V 2～10wt％，Ni 5～20wt％，Co 2～12wt％的原料粉置于球磨机内、球磨8～24小时至粒度≤50μm止，然后将粉料送入真空熔炼炉内、在氩气保护及1380～1460℃温度下熔炼1～2.5小时，得预合金块，炉内真空度为100～350mbr；B.破碎及球磨将由A工序得预合金块破碎后送入球磨机内球磨16～32小时、至颗粒度≤50μm，球料比为3～5∶1；C.配碳以B工序所得粉料中的Ti、Ta、W、V的总含量计，加入将其完全碳化所需理论含碳量80～100wt％的碳黑粉，球磨16～32小时；D.碳氮化处理将配碳后的粉料置于石墨舟皿中并送入碳氮化处理炉内，在氮气氛及850～1150℃温度下进行碳氮化处理2.0～4.0小时，得平均晶粒度≤0.2μm的Ti(C、N)粉料；E.烧结将所得Ti(C、N)粉料送入球磨机内湿磨18～72小时，然后经常规干燥、掺胶、压坯成型，最后送入烧结炉内、在1380～1480℃温度下真空烧结1.0～3.0小时，随炉冷却。
2. 按权利要求1所述超晶粒金属陶瓷的生产方法；其特征在于烙制预合 金时，成份中还加入了原料粉总重量1 10wt。/。的金属Mo粉；在配碳时，所 配碳量则按Ti、 Ta、 W、 V、 Mo完全碳化所需理论碳量的80 100wt。/。计。
全文摘要
该发明属于一种生产超细晶粒金属陶瓷的方法。包括以TiH<sub>2</sub>、Ti、Ta、W、V、Mo、Ni、CO为原料，经熔制预合金并将其破碎及球磨后、配碳、碳氮化处理、烧结，从而制得晶粒度≤0.8μm，抗弯强度≥2050MPa、硬度≥90HRA的超细金属陶瓷制品。该发明由于采用TiH<sub>2</sub>代替大部分Ti粉既作原料、又作还原剂，以除去原料粉及球磨中吸附的氧、避免其进入固溶体，而TiH<sub>2</sub>分解后的Ti活性更高，更易与其它金属形成金属间化合物，并消除了脆性环形相从而克服了背景技术或制品晶粒度大、影响制品综合性能的提高；或含氧量高且进入固体而无法脱除，使合金变脆等弊端。采用该发明方法生产的金属陶瓷具有良好的综合性能，可广泛地用于传统硬质合金应用领域。
文档编号C22C1/05GK101210291SQ20061002266
公开日2008年7月2日 申请日期2006年12月26日 优先权日2006年12月26日
发明者余祖孝, 楷 唐, 孙亚丽, 宏 罗, 蔡乐才, 金永中, 杰 颜, 新 黄 申请人:四川理工学院