一種高強度TiC0．7N0．3‑HfN材料及製備方法與流程

2023-10-09 10:45:04

本發明涉及高強度陶瓷刀具領域，具體為一種高強度TiC0.7N0.3-HfN材料及其製備方法。

背景技術：

多元複合的方法可以提高TiCN（碳氮化鈦）基金屬陶瓷材料的燒結性能，降低其的燒結溫度，使其在較低的溫度下可以達到緻密化，並且適當的材料組分、晶粒生長抑制劑和燒結工藝可以使晶粒細化，進而提高材料的力學性能。TiCN基金屬陶瓷具有高硬度（一般可達91～93.5HRA）、化學穩定性好、高的抗氧化能力、較高的耐熱性，具有接近非金屬陶瓷的硬度和耐熱性，且其抗彎強度比非金屬陶瓷高，而被用來製作高速精加工、半精加工、粗加工和間斷切削用的刀具材料。

目前通過向基體TiCN中加入添加相，採用多元複合的方法來提高材料的綜合性能，雖然大多數提高了材料的抗彎強度及斷裂韌度，但材料的抗彎強度並沒有大幅度的提高，制約著其複合材料的廣泛應用。

TiCN基金屬陶瓷一般採用真空燒結工藝製備，在保證材料實現緻密化的條件下儘量減少燒結時間，以製備出晶粒細小、性能優異的材料。另外傳統製備工藝存在製備設備與工藝複雜，成本高，不利於產業化等不足之處。

技術實現要素：

本發明為了解決現有TiCN基陶瓷材料複合時存在力學性能降低、工藝複雜且不利於產業化的問題，提供了一種熱壓燒結高強度TiC0.7N0.3-HfN材料及製備方法。

本發明是採用如下技術方案實現的：一種高強度TiC0.7N0.3-HfN材料，是由如下質量百分比的原料組成：TiC0.7N0.3 59%-77%，HfN 12%-30%，Ni 2%-8%，Mo 3%-9%。

製得的高強度TiC0.7N0.3-HfN材料的純度高，TiC0.7N0.3與HfN及金屬相形成固溶體，提高了材料的綜合力學性能，TiC0.7N0.3-HfN材料的硬度介於20GPa-25GPa，抗彎曲強度介於1590MPa-1790MPa，斷裂韌度介於8.0 MPa·m1/2-10.0MPa·m1/2，克服了現有TiCN基陶瓷材料複合時存在力學性能降低的問題。

一種高強度TiC0.7N0.3-HfN材料的製備方法，採用如下步驟：a、將各原料的混合粉末裝入臥式罐磨球磨機中，用硬質合金球球磨後過篩；b、將過篩後的原料裝入上下封閉的石墨容器，再放入高溫燒結爐內；c、在升溫速率10℃/min、壓力30MPa、燒結溫度1435℃-1630℃的條件下保溫10min-55min，得到高強度TiC0.7N0.3-HfN材料。

採用真空熱壓燒結法，在合適的升溫速率、壓力、生長溫度和保溫時間下，合成高強度TiC0.7N0.3-HfN材料，克服了現有TiCN基陶瓷材料複合時存在工藝複雜且不利於產業化的問題。

本發明採用多元複合的方法，大大提高了材料的綜合力學性能，硬度介於20GPa-25GPa，抗彎曲強度介於1590MPa-1790MPa，斷裂韌度介於8.0 MPa·m1/2-10.0MPa·m1/2，而且利用真空熱壓燒結法，工藝簡化，成本低，利於產業化生產，適合於切削加工難加工材料。

附圖說明

圖1為本發明的掃描電鏡圖。

由圖可見，添加相HfN以固溶的方式存在於基體材料中，HfN與金屬和基體形成的固溶相有利於提高材料的綜合力學性能。

具體實施方式

實施例1

一種高強度TiC0.7N0.3-HfN材料，是由如下質量百分比的原料組成：TiC0.7N0.3 77%，HfN 12%，Ni 2%，Mo 9%。

一種高強度TiC0.7N0.3-HfN材料的製備方法，採用如下步驟：a、將各原料的混合粉末裝入臥式罐磨球磨機中，用硬質合金球球磨後過篩；b、將過篩後的原料裝入上下封閉的石墨容器，再放入高溫燒結爐內；c、在升溫速率10℃/min、壓力30MPa、燒結溫度1435℃的條件下保溫25min，得到高強度TiC0.7N0.3-HfN材料。

實施例2

一種高強度TiC0.7N0.3-HfN材料，是由如下質量百分比的原料組成：TiC0.7N0.3 71%，HfN 18%，Ni 8%，Mo 3%。

一種高強度TiC0.7N0.3-HfN材料的製備方法，採用如下步驟：a、將各原料的混合粉末裝入臥式罐磨球磨機中，用硬質合金球球磨後過篩；b、將過篩後的原料裝入上下封閉的石墨容器，再放入高溫燒結爐內；c、在升溫速率10℃/min、壓力30MPa、燒結溫度1500℃的條件下保溫10min，得到高強度TiC0.7N0.3-HfN材料。

實施例3

一種高強度TiC0.7N0.3-HfN材料，是由如下質量百分比的原料組成：TiC0.7N0.3 65%，HfN 24%，Ni 5%，Mo 6%。

一種高強度TiC0.7N0.3-HfN材料的製備方法，採用如下步驟：a、將各原料的混合粉末裝入臥式罐磨球磨機中，用硬質合金球球磨後過篩；b、將過篩後的原料裝入上下封閉的石墨容器，再放入高溫燒結爐內；c、在升溫速率10℃/min、壓力30MPa、燒結溫度1565℃的條件下保溫55min，得到高強度TiC0.7N0.3-HfN材料。

實施例4

一種高強度TiC0.7N0.3-HfN材料，是由如下質量百分比的原料組成：TiC0.7N0.3 59%，HfN 30%，Ni 4%，Mo 7%。

一種高強度TiC0.7N0.3-HfN材料的製備方法，採用如下步驟：a、將各原料的混合粉末裝入臥式罐磨球磨機中，用硬質合金球球磨後過篩；b、將過篩後的原料裝入上下封閉的石墨容器，再放入高溫燒結爐內；c、在升溫速率10℃/min、壓力30MPa、燒結溫度1630℃的條件下保溫40min，得到高強度TiC0.7N0.3-HfN材料。