[发明专利]一种高强韧性Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属基复合材料及其制备方法，涉及一种高强韧性Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法。

背景技术

Ti(C,N)基金属陶瓷不但具有较高的硬度、耐磨性、红硬性，而且还具有优良的化学稳定性，与金属间的摩擦系数也很低。如用作制备刀具，与常用的硬质合金相比，它在以下几个方面有明显的优势：可以允许有较高的切削速度和较大的进刀量，被加工件有较好的表面性能，刀具的耐磨性能更高。在日本，其在工具市场的占有量逐年升高。我国八五期间有关部门也投入大量力量并已研制出一些牌号的Ti(C,N)基金属陶刀具，但性能不稳定，与国外的材料相比，其综合力学性能偏低，因而国产金属陶瓷刀具应用范围至今较小。表1 是两种典型Ti(C,N)基金属陶瓷的性能。

表1 典型Ti(C,N)基金属陶瓷的性能

基体种类硬度/HRA抗弯强度/MPa断裂韧性/MPa·m^1/2(Ti,Mo/W)(C,N)92.015008.5(Ti,Mo/W,Nb,Ta)(C,N)91.0180010

至今为止，国内外所开发的金属陶瓷基本上只用于刀具切削领域，因而主要要求材料具有较高的硬度和抗弯强度，对材料的断裂韧性要求不高。为了扩大金属陶瓷的应用领域，使其能用于矿用、凿岩、挖掘工具等对断裂韧性要求较高的领域，必须提高材料的断裂韧性。制备细晶粒的金属陶瓷是进一步提高金属陶瓷刀具使用性能的有效途径。尽管细晶粒或超细晶粒的金属陶瓷的抗弯强度和硬度较高，但由于细小的硬质相颗粒对裂纹的偏转和分叉作用较弱，材料的断裂韧性均不高。从金属陶瓷的强韧性性理论和研发实践开来,提高其断裂韧性的途径主要是提高材料中金属粘结相含量和开发粗晶粒的金属陶瓷，但两种方法都使金属陶瓷的抗弯强度和硬度明显降低，降低材料的耐磨性,从而降低其使用寿命。

因此，为了使金属陶瓷能在矿用、凿岩、挖掘工具等领域得到应用，有必要对此种材料进行进一步的研究和开发，使其不但具有较高的硬度和强度，也具有较高的断裂韧性。只有这样，才有可能使此种材料在矿用、凿岩、挖掘工具、电动工具锯齿等领域得到广泛的应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的现状，提供一种高强韧性的Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法。该方法可以制备出硬度较高、强韧性也较高的Ti(C,N)基金属陶瓷，且只需常规金属陶瓷制备设备，生产成本低廉。

实现本发明的金属陶瓷,其特征在于：金属陶瓷成分质量份数为：C为7.0～8.7，N为3.0～3.9，Ti为35～44，Ni为22～32，Mo为12～18，W为5～8，Cr为0.5～2.0，Nb为1.0～2.5。

其中上述成分配比中，0.5-1.0份的碳由纳米碳管引入；Ti由Ti(C,N)固溶体引入，该固溶体由70-90wt%粗晶粒的Ti(C,N)（晶粒尺寸为4-10μm）和10-30wt%细晶粒的Ti(C,N)组成，其中细晶粒陶瓷相的尺寸是粗晶粒陶瓷相的1/40-1/10。

本发明如前所述Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法，依次包括如下步骤：