专利名称：一种耐蚀耐磨金属陶瓷复合材料塑料切粒刀的制作方法
技术领域：
本发明涉及刀具制备技术，特别提供了一种耐磨耐蚀金属陶瓷刀刃材料制备技术、及以该种耐蚀耐磨金属陶瓷刀刃材料制作的塑料切粒刀。
背景技术：
TiC基金属陶瓷与WC-Co硬质合金相比，是以TiC颗粒替代WC颗粒作硬质相，以Ni或NiCr合金替代了Co作粘结相。因TiC的熔点(3250℃)高于WC(2630℃)，TiC基金属陶瓷抗氧化性能优于WC-Co硬质合金，TiC的密度只有WC密度的1/3。利用它们具有良好的抗氧化性及高温强度和耐磨性等高温性能制备耐磨耐蚀金属陶瓷复合材料。特别是可以在NiCr粘结相中加入少量Al及Ti元素生成弥散粒子而增强其抗蠕变能力，TiC基金属陶瓷复合材料呈现出良好的开发研究前景，是一种很有发展前途的新型金属陶瓷复合材料。
金属陶瓷的发展经历了从TiC基到Ti(C，N)基的阶段。但Ti(C，N)基金属陶瓷仍然存在不少问题，例如Ti(C，N)的润湿性较差且在真空高温烧结时易分解，造成制备的金属陶瓷中存在空隙，使得到材料性能恶化；真空烧结时的平衡氮分压受很多因素影响，很难控制，而Ti(C，N)中C与N的含量之间有一定比例关系，N含量控制不好容易造成游离C出现，影响材料性能。
目前国内外石油化工聚乙烯、聚丙烯和聚酯合成树脂切粒用的刀具大多为钢刀或钢结硬质合金整体制造，使用前必须进行淬火处理，淬火处理技术难度大，易磨损，使用寿命不能满足要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐磨耐蚀金属陶瓷刀刃材料、及以该种耐蚀耐磨金属陶瓷刀刃材料制作的塑料切粒刀，它具有耐磨性、耐蚀性、抗氧化性好，高温硬度、强度高，制造成本低等优点。
本发明首先提供了一种耐磨耐蚀金属陶瓷刀刃材料，其特征在于所述刀刃材料以TiC颗粒为基体，含有Ni粉25.0～40.0wt.％、Cr粉6.0～10.0wt.％、还含有少量的Al粉和Ti粉，Al粉和Ti粉的总含量低于3.0wt.％。
本发明提供的耐磨耐蚀金属陶瓷刀刃材料中，可以含有Mo粉0.2～4.0wt.％。添加Mo可以改善TiC颗粒和NiCr合金的润湿性。
本发明提供的耐磨耐蚀金属陶瓷刀刃材料中，还可以含有TiN颗粒，含量4.0～8.0wt.％。
本发明提供了上述耐磨耐蚀金属陶瓷刀刃材料的制备方法，采用粉末冶金方法，其特征在于采用橡胶为造粒成型剂，添加比例为原料粉的5～10％；成型压力为100～150MPa；真空烧结温度为1350～1450℃，保温时间30～50min。
本发明耐磨耐蚀金属陶瓷刀刃材料的制备方法中，所述造粒成型剂最好为聚丁橡胶和90#汽油浸泡后使用。
采用该发明工艺制备的耐磨耐蚀金属陶瓷刀刃材料性能为抗弯强度≥1600MPa，硬度(HRC)58～63。
总之，本发明耐磨耐蚀金属陶瓷刀刃材料，具有耐磨性、耐蚀性、抗氧化性好，高温硬度、强度高，制造成本低等优点。用该材料制作的耐蚀耐磨金属陶瓷复合材料塑料切粒刀，适合于塑料、木材和造纸等行业的切削加工。也可用该材料制作模具、喷嘴和密封环等耐磨耐腐蚀机械零部件。
以上述耐磨耐蚀金属陶瓷刀刃材料为基础，本发明另外提供了一种耐蚀耐磨金属陶瓷复合材料塑料切粒刀，其特征在于所述切粒刀由耐磨耐蚀金属陶瓷刀刃材料和低合金不锈钢或高强结构钢刀体材料复合构成；所述刀刃材料以TiC颗粒为基体，含有Ni粉25.0～40.0wt.％、Cr粉6.0～10.0wt.％、还含有少量的Al粉和Ti粉，总含量低于3.0wt.％。
本发明耐蚀耐磨金属陶瓷复合材料塑料切粒刀中，含有Mo粉0.2～4.0wt.％。
本发明耐蚀耐磨金属陶瓷复合材料塑料切粒刀中，含有TiN颗粒，含量4.0～8.0wt.％。
本发明耐蚀耐磨金属陶瓷复合材料塑料切粒刀中，所述刀体材料优先选用3Cr13或40Cr锻件或铸件。
本发明耐蚀耐磨金属陶瓷复合材料塑料切粒刀的制造方法中，所述刀刃材料采用粉末冶金方法制备，以橡胶为造粒成型剂，添加比例为原料粉的5～10％；成型压力为100～150MPa；真空烧结温度为1350～1450℃，保温时间30～50min。
本发明提供了上述耐蚀耐磨金属陶瓷复合材料塑料切粒刀的制造方法，其特征在于采用真空扩散焊的方法将刀体材料与刀刃材料复合成形；真空扩散焊接温度为1340～1370℃，保温时间3～5min。
采用该发明工艺制备的耐磨耐蚀金属陶瓷复合材料切粒刀的性能为刀刃部分，抗弯强度≥1600MPa，硬度(HRC)58～62；刀体硬度(HRC)38～45，抗拉强度≥600MPa；刀刃和刀体界面连接强度≥400MPa。
本发明耐蚀耐磨金属陶瓷复合材料塑料切粒刀与钢切粒刀相比，耐用度和使用寿命提高至5～10倍；本发明耐蚀耐磨金属陶瓷复合材料塑料切粒刀与钢结硬质合金相比，耐用度和使用寿命提高至1～3倍，并且本发明耐蚀耐磨金属陶瓷复合材料塑料切粒刀的制造成本与钢结硬质合金相当或略低；另外本发明耐蚀耐磨金属陶瓷复合材料塑料切粒刀具有更高的可靠性。
图1为本发明耐磨耐蚀金属陶瓷复合材料切粒刀背面结构示意图；图2为本发明耐磨耐蚀金属陶瓷复合材料切粒刀正面结构示意图；图3为本发明耐磨耐蚀金属陶瓷复合材料切粒刀刀体和刀刃连接界面微观结构；图4为本发明耐磨耐蚀金属陶瓷复合材料切粒刀制备工艺流程图；图中1为刀体，2为刀刃。
具体实施例方式实施例1耐磨耐蚀金属陶瓷刀刃材料的制备以Ni粉40.0wt.％、Cr粉10.0wt.％、Al粉1.0wt％、Ti粉2.0wt％，余量为平均直径3.5μm的TiC颗粒进行机械混合，造粒后在120MPa下冷压力成型，真空烧结温度为1370℃，保温时间30min。
实施例2耐磨耐蚀金属陶瓷刀刃材料的制备以Ni粉40wt.％、Cr粉10.0wt％、Al粉1.0wt％、Ti粉2.0wt％、Mo粉0.5wt.％，余量为平均直径3.5μm的TiC颗粒进行机械混合，造粒后在120MPa下冷压力成型，真空烧结温度为1375℃，保温时间30min。
实施例3耐磨耐蚀金属陶瓷刀刃材料的制备以Ni粉30wt.％、Cr粉6.0wt％、Al粉0.8wt％、Ti粉1.8wt％，余量为平均直径3.5μm的TiC颗粒进行机械混合，造粒后在150MPa下冷压力成型，真空烧结温度为1375℃，保温时间25min。
实施例4耐磨耐蚀金属陶瓷刀刃材料的制备以Ni粉30wt.％、Cr粉6.0wt％、Al粉0.8wt％、Ti粉1.8wt％、Mo粉0.5wt.％，余量为平均直径3.5μm的TiC颗粒进行机械混合，造粒后在150MPa下冷压力成型，真空烧结温度为1385℃，保温时间25min。
实施例5耐磨耐蚀金属陶瓷刀刃材料的制备以Ni粉25wt.％、Cr粉5.0wt％、Al粉0.7wt％、Ti粉1.5wt％、Mo粉0.5wt.％，余量为平均直径3.5μm的TiC颗粒进行机械混合，造粒后在150MPa下冷压力成型，真空烧结温度为1410℃，保温时间30min。
实施例6刀刃材料的制备以Ni粉25wt.％、Cr粉5.0wt％、Al粉0.7wt％、Ti粉1.5wt％、Mo粉0.5wt.％，1.5μm的TiN颗粒6.0wt.％、余量为平均直径3.5μm的TiC颗粒进行机械混合，造粒后在150MPa下冷压力成型，真空烧结温度为1420℃，保温时间30min。
实施例7耐磨耐蚀金属陶瓷复合材料切粒刀制备以实施例2制备的材料为刀刃材料，选用3Cr13作为刀体材料，在1355℃温度下进行真空扩散焊接，保温时间3min，刀体和刀刃连接界面微观结构见图2。
实施例8耐磨耐蚀金属陶瓷复合材料切粒刀制备以实施例3制备的材料为刀刃材料，选用3Cr13作为刀体材料，在1352℃温度下进行真空扩散焊接，保温时间3min。
实施例9耐磨耐蚀金属陶瓷复合材料切粒刀制备以实施例1制备的材料为刀刃材料，选用40Cr作为刀体材料，在1360℃温度下进行真空扩散焊接，保温时间5min。
实施例10耐磨耐蚀金属陶瓷复合材料切粒刀制备以实施例4制备的材料为刀刃材料，选用40Cr作为刀体材料，在1350℃温度下进行真空扩散焊接，保温时间4min。
实施例11耐磨耐蚀金属陶瓷复合材料切粒刀制备以实施例5制备的材料为刀刃材料，选用3Cr13作为刀体材料，在1358℃温度下进行真空扩散焊接，保温时间4min。
实施例12耐磨耐蚀金属陶瓷复合材料切粒刀制备以实施例6制备的材料为刀刃材料，选用3Cr13作为刀体材料，在1360℃温度下进行真空扩散焊接，保温时间5min。
权利要求
1.一种耐蚀耐磨金属陶瓷复合材料塑料切粒刀，其特征在于所述复合材料切粒刀由耐磨耐蚀金属陶瓷刀刃材料和低合金不锈钢或高强结构钢刀体材料复合构成；所述刀刃材料以TiC颗粒为基体，含有Ni粉25.0～40.0wt.％、Cr粉6.0～10.0wt.％，少量的Al粉和Ti粉，Al粉和Ti粉的总含量低于3.0wt.％。
2.按照权利要求1所述耐蚀耐磨金属陶瓷复合材料塑料切粒刀，其特征在于所述刀刃材料中，含有Mo粉0.2～4.0wt.％。
3.按照权利要求1或2所述耐蚀耐磨金属陶瓷复合材料塑料切粒刀，其特征在于所述刀刃材料中，含有TiN颗粒，含量4.0～8.0wt.％。
4.按照权利要求1或2所述耐蚀耐磨金属陶瓷复合材料塑料切粒刀的制造方法，其特征在于所述刀刃材料采用粉末冶金真空烧结方法制备，以橡胶为造粒成型剂，添加比例为原料粉的5～10％；成型压力为100～150MPa；真空烧结温度为1350～1450℃，保温时间30～50min。
5.按照权利要求3所述耐蚀耐磨金属陶瓷复合材料塑料切粒刀的制造方法，其特征在于所述刀刃材料采用粉末冶金真空烧结方法制备，以橡胶为造粒成型剂，添加比例为原料粉的5～10％；成型压力为100～150MPa；真空烧结温度为1350～1450℃，保温时间30～50min。
6.按照权利要求1所述耐蚀耐磨金属陶瓷复合材料塑料切粒刀，其特征在于所述刀体材料选用3Cr13或40Cr锻件或铸件加工制备。
7.一种权利要求1所述耐蚀耐磨金属陶瓷复合材料塑料切粒刀的制造方法，其特征在于采用真空扩散焊的方法将刀体材料与刀刃材料复合成形；真空扩散焊接温度为1340～1370℃，保温时间3～5min。
全文摘要
一种耐蚀耐磨金属陶瓷复合材料塑料切粒刀，其特征在于所述复合材料切粒刀由耐磨耐蚀金属陶瓷刀刃材料和低合金不锈钢或高强结构钢刀体材料复合构成；所述刀刃材料以TiC颗粒为基体，含有Ni粉25.0～40.0wt.％、Cr粉6.0～10.0wt.％，少量的Al粉和Ti粉，Al粉和Ti粉的总含量低于3.0wt.％。本发明耐蚀耐磨金属陶瓷复合材料塑料切粒刀与钢切粒刀相比，耐用度和使用寿命提高至5～10倍；与钢结硬质合金相比，耐用度和使用寿命提高至1～3倍，并且制造成本与钢结硬质合金相当或略低；另外具有更高的可靠性。
文档编号B29B9/00GK1789460SQ200410082960
公开日2006年6月21日 申请日期2004年12月14日 优先权日2004年12月14日
发明者刘越, 关德慧, 毕敬, 王全兆, 张振伟 申请人:中国科学院金属研究所