[发明专利]一种整体金属陶瓷合金棒材及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种整体金属陶瓷合金棒材及其制备方法与应用，属于金属陶瓷合金棒材技术领域，一种整体金属陶瓷合金棒材，组成为10‑55wt％Ti(CN)，3.5‑10.5wt％(TaNb)C微米粉末，5‑25wt％(WMo)C微米粉末，5‑50wt％(MoTi)CN微米粉末，6‑20wt％Co‑Ni‑R，0.25‑3.5wt％TiC纳米粉末，0.25‑3.5wt％TiN纳米粉末，0.15‑0.75wt％AlN纳米粉末；其中R为高熔点元素Ru，Re，Rh中一种或几种；所述Ti(CN)粉末和所述(MoTi)CN粉末中的C，N均采用C/N原子比5/5、6/4或7/3中的一种。硬质相、红硬相及强化相均采用固溶体为原料，粘结相组分采用微量高熔点合金元素复合粉末进行添加，本发明的金属陶瓷刀具中硬质相和粘结相之间既能在界面形成元素的相互扩散，又不发生剧烈的化学反应，防止生成脆性相和恶化界面性能，提高金属陶瓷断裂韧性同时不降低硬度和抗弯强度。

方法领域

本发明属于金属陶瓷合金棒材技术领域，具体是一种整体金属陶瓷合金棒材及其制备方法与应用。

背景方法

硬质合金为刀具市场中占主导地位的材料，其具有高强、耐磨、耐腐、耐热等一系列优点。但在高速切削时，硬质合金的耐磨性一般，容易粘刀，高温抗氧化性能较差，使用寿命较短。陶瓷刀具的耐磨性和抗氧化性能好，但普遍较脆，抗冲击性差，使其应用领域受到限制。Ti(C,N)基金属陶瓷合金是通过粉末冶金方法制取的金属与陶瓷的复合材料，具体包括耐高温、耐腐蚀、高硬度、高抗氧化性能等，同时还兼有金属与陶瓷的优点。这种金属陶瓷可以明显提高车削速度和被加工件的精度、光洁度，填补了WC基硬质合金和陶瓷工具之间的空白。Ti(C,N)基金属陶瓷合金具有独特的性能优势，在700～1100℃具备优异的耐磨性、高温高硬性、热稳定性、抗氧化性和抗粘附性等特点，是高温、高速主要的切削刀具选用基体材料之一。与传统的WC-Co硬质合金相比，该类材料填补了硬质合金与陶瓷刀具等材质需求之间的空白，并且有效的节约普通硬质合金刀具所必须的Co，Ta和W等贵重稀有金属。与传统硬质合金相比，金属陶瓷在切削导致的高温条件下(700-1100℃)，仍具有较好的耐磨性、硬度、化学稳定性和抗粘附性。Ti(C,N)基金属陶瓷合金由于具有高硬度、高耐磨性、高耐热性和高的化学稳定性等独特的性能，近些年来在新型高性能金属陶瓷刀具材料的切削领域得到较为广泛的应用。因此，开发高性能(高硬度、高强度、高的综合耐磨性能，简称“三高”)长寿命Ti(C,N)基金属陶瓷合金材料成为近几年Ti(C,N)基金属陶瓷研究的焦点。

金属陶瓷因为具有高强度、高硬度、耐磨损、耐高温、抗氧化和化学稳定性等优良的综合性能，制成刀具后对于特定难加工工件切削、加工工具有良好效果。Ti(C,N)基金属陶瓷与金属材料(如:铸铁、铜材、不锈钢等)的摩擦系数和粘附性低，这使得其在切削过程中可降低摩擦力，可提高切削速度和加工件的表面光洁度和制品的质量。金属陶瓷刀具的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，其更适合于对铝合金、不锈钢、高强度钢的加工，金属陶瓷刀具不仅可以大大提高生产效率，还可以解决高速钢和硬质合金刀具的主要成分钨资源在全球范围内的资源枯竭问题。然而，金属陶瓷的耐磨性、高硬度、红硬性和抗氧性都比硬质合金更突出，但其韧性不足，现有的金属陶瓷刀具产品脆性大，抗变能力小，韧性低，在切削加工时易发生破损，可靠性较差，不稳定，易发生“崩刃”现象，面对高速加工高强度材料时，力不从心，使用寿命有限。在采用金属陶瓷材料的棒料加工立铣刀时，由于金属陶瓷棒料本身的耐磨性、高硬度、红硬性综合性优异，使得在制造圆柱形回转整体刀具或者在磨削加工成型时，刀具进给困难，如果加工参数控制不合理，在加工过程中致使棒坯折断和开裂时常发生，加工成型极难把握，成品合格率低下，制造成本升高使得刀具制造企业规模化生产制造难度大。因此，长期以来金属陶瓷作为一种好的硬质材料无法广泛应用在刀具行业。

发明内容

针对上述现有技术中金属陶瓷刀具存在的脆性大、韧性低的技术问题，本发明提供一种整体金属陶瓷合金棒材及其制备方法与应用。