一種以水代替有機溶劑混料製備碳氮化鈦基金屬陶瓷的方法

2023-04-30 03:51:41 1

專利名稱：：一種以水代替有機溶劑混料製備碳氮化鈦基金屬陶瓷的方法
技術領域：
：本發明涉及一種碳氮化鈦基金屬陶瓷的製備方法，具體涉及一種採用水為混料介質來製備碳氮化鈦基金屬陶瓷的方法。
背景技術：
：Ti(C，N)基金屬陶瓷作為替代WC-Co硬質合金的切削刀具材料，一直因其高溫穩定性、高耐磨性、較高的切削速度和較好的加工表面質量而被廣泛使用。在Ti(C，N)基金屬陶瓷的製備過程中，多種原料粉末的混合是必不可缺少的工序，一般通過各種球磨方式來實現，球磨過程不僅可以把配製的各合金組分混合均勻，還可使各組分粉末顆粒進一步破碎、細化。已公開的文獻和專利中，硬質合金和金屬陶瓷的球磨均採用無水乙醇或丙酮等有機溶劑為混料介質。研究工作表明，單一的水不能作為硬質合金的混料介質，其原因是碳化鎢WC和鈷Co粉末同時存在於水中的水解造成粉末的團聚加劇，十分不利於混料粉末的分散，惡化混料效果。相對於兩組分的WC-Co硬質合金，Ti(C，N)基金屬陶瓷的組分眾多，一般包含硬質粉末碳化鈦TiC、氮化鈦TiN/碳氮化鈦Ti(C，N)、碳化鉬Mc^C、碳化鎢WC，韌性粘結金屬鎳Ni/鈷Co。在Ti(C，N)基金屬陶瓷分散方面，目前僅開展了單一粉末的碳化物、氮化物和韌性粘結金屬在水和有機溶劑中的單分散性研究工作，以了解單一粉末的水解和表面電化學行為。但Ti(C，N)基金屬陶瓷多組分粉末同時存在於水中的集體分散或團聚行為，至今沒有報導。由於缺少以上工作，迄今，還未將水作為混料介質應用到Ti(C，N)基金屬的製備過程中。
發明內容本發明的目的是要提供一種以水代替有機溶劑混料製備碳氮化鈦基金屬陶瓷的方法。本發明的目的是這樣實現的一種以水代替有機溶劑混料製備碳氮化鈦基金屬陶瓷的方法，所用的原料以重量份計為TiC38.758.37;TiN525;Mo011.2;WC012;Ni23.624.6;C0.41.5，按上述比例稱取各原料並置入球磨罐中，再加入硬質合金球和蒸餾水進行球磨，球磨所得料漿經乾燥、壓製成型、燒結得到碳氮化鈦基金屬陶瓷。硬質合金球的加入量與所加入的原料的質量比為(84):1。蒸餾水的加入量是剛淹沒過硬質合金球和原料。壓製成型壓力為100400MPa。所述的燒結是將壓製成型的壓坯在143(TC下保溫60-120分鐘。本發明提供的以水為混料介質製備Ti(C，N)基金屬陶瓷的方法，由於採用水代替有機溶劑作為硬質合金和金屬陶瓷的球磨的混料介質，節約製備有機溶劑的資源和能源，3實現綠色製造，降低製造成本，不低於相同成份下採用無水乙醇為混料介質時得到Ti(C，N)基金屬陶瓷的性能和組織。下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。圖i是以水為混料介質，混料成份以重量份計為Tic:TiN:Mo:Ni:c=57.5:10:11.2:23.9:1.2的Ti(C，N)基金屬陶瓷顯微組織的掃描電子顯微鏡背散射電子成像圖片。圖2是以無水乙醇為混料介質，混料成份以重量份計為Tic:TiN:Mo:Ni:c=57.5:10:11.2:23.9:1.2的Ti(C，N)基金屬陶瓷顯微組織的掃描電子顯微鏡背散射電子成像圖片。圖3以水為混料介質，混料成份以重量份計為Tic:TiN:wc:Ni:c=53.5:10:12:24:0.5的Ti(C，N)基金屬陶瓷顯微組織的掃描電子顯微鏡背散射電子成像圖片。圖4以無水乙醇為混料介質，混料成份以重量份計為Tic:TiN:wc:Ni:c=53.5:10:12:24:0.5的Ti(C，N)基金屬陶瓷顯微組織的掃描電子顯微鏡背散射電子成像圖片。具體實施例方式本發明中所用的原料以重量份計為TiC38.758.37;TiN525;Mo011.2;WC012;Ni23.624.6;C0.41.5，工藝過程是按上述比例稱取各原料並置入球磨罐中，再加入硬質合金球和蒸餾水進行球磨，球磨所得料漿經乾燥、壓製成型、燒結得到碳氮化鈦基金屬陶瓷。下面的兩個實施例是從上述原料配比中選擇的兩個技術方案實施例1:本例製備兩種成份相同的Ti(C，N)基金屬陶瓷，其中，一種以蒸餾水為混料介質，另一種以無水乙醇為混料介質。混料的各組分含量及粒徑如表1。表1金屬陶瓷混料成份粉末種類TiCTiNMoNiC質量(Kg)53.71011.223.91.2粒徑(nm)2.381.272.61.7_製備過程如下1.球磨按照表1成份比例分別稱取TiC、TiN粉末及其它組分粉末置入二個球磨罐，加入硬質合金球，球料質量比為5:1。在二個球磨罐中分別加入蒸餾水及無水乙醇，加入量為剛淹沒過粉和球的混合物。以200轉/分的速度球磨36小時。2.壓制將球磨好的粉末經乾燥、研磨後模壓成型，以蒸餾水為混料介質的粉末壓制力為100MPa，以無水乙醇為混料介質的粉末壓制力為200MPa。3.燒結將壓制好的壓坯進行真空燒結，以蒸餾水為混料介質的壓坯在143(TC下4保溫90分鐘，以無水乙醇為混料介質的壓坯在143(TC下保溫60分鐘。以蒸餾水和無水乙醇為混料介質製備得到的Ti(C，N)基金屬陶瓷的力學性能如表2所示，抗彎強度測定遵循IS03327-1982。硬度測定遵循IS03738_1982。表2金屬陶瓷力學性能tableseeoriginaldocumentpage5從表2可知，本案例採用蒸餾水混料製備的Ti(C，N)基金屬陶瓷的抗彎強度和硬度(HRA)不低於無水乙醇混料製備的Ti(C，N)基金屬陶瓷的抗彎強度和硬度(HRA)。圖1和圖2分別是以水和無水乙醇為混料介質製備的金屬陶瓷的顯微組織電子掃描顯微鏡背散射電子成像圖片。由圖1和圖2可知，用蒸餾水為混料介質製備的Ti(C，N)基金屬陶瓷無論從晶粒大小還是分布均勻性來看，均不低於以無水乙醇混料製備的Ti(C，N)基金屬陶瓷的水平。實例2:本例製備兩種成份相同的Ti(C，N)基金屬陶瓷，其中，一種以蒸餾水為混料介質，另一種以無水乙醇為混料介質。金屬陶瓷各組分含量及粒徑如表3。1.球磨按照表3成份比例分別稱取TiC、TiN粉末及其它組分粉末置入二個球磨罐，加入硬質合金球，球料質量比為5:1。在二個球磨罐中分別加入蒸餾水及無水乙醇，加入量為剛淹沒過粉和球的混合物。以200轉/分的速度球磨36小時。表3金屬陶瓷成份tableseeoriginaldocumentpage52.壓制將球磨好的粉末經乾燥、研磨後模壓成型，以蒸餾水為混料介質的粉末壓制力為100MPa，以無水乙醇為混料介質的粉末壓制力為200MPa。3.燒結將壓坯進行真空燒結，以蒸餾水為混料介質的壓坯在143(TC下保溫90分鐘，以無水乙醇為混料介質的壓坯在143(TC下保溫60分鐘。表4是兩種混料介質製備所得的Ti(C，N)基金屬陶瓷的力學性能。抗彎強度測定遵循IS03327-1982。硬度測定遵循IS03738-1982。表4金屬陶瓷力學性能tableseeoriginaldocumentpage5由表4可知，本案例採用蒸餾水混料製備的Ti(C，N)基金屬陶瓷的抗彎強度和硬度(HRA)不低於無水乙醇混料製備的Ti(C，N)基金屬陶瓷的抗彎強度和硬度(HRA)。圖3和圖4分別是以水和無水乙醇為混料介質製備的金屬陶瓷的顯微組織電子掃描顯微鏡背散射電子成像圖片。由圖3和圖4可知，用蒸餾水為混料介質製備的Ti(C，N)基金屬陶瓷無論從晶粒大小還是分布均勻性來看，均不低於以無水乙醇混料製備的Ti(C，N)基金屬陶瓷的水平。權利要求一種以水代替有機溶劑混料製備碳氮化鈦基金屬陶瓷的方法，其特徵在於所用的原料以重量份計為TiC38.7～58.37；TiN5～25；Mo0～11.2；WC0～12；Ni23.6～24.6；C0.4～1.5，按上述比例稱取各原料並置入球磨罐中，再加入硬質合金球和蒸餾水進行球磨，球磨所得料漿經乾燥、壓製成型、燒結得到碳氮化鈦基金屬陶瓷。2.根據權利要求1所述的一種以水代替有機溶劑混料製備碳氮化鈦基金屬陶瓷的方法，其特徵在於硬質合金球加入量與所加入的原料的質量比為84:1。3.根據權利要求1所述的一種以水代替有機溶劑混料製備碳氮化鈦基金屬陶瓷的方法，其特徵在於蒸餾水的加入量是剛淹沒過硬質合金球和原料。4.根據權利要求1所述的一種以水代替有機溶劑混料製備碳氮化鈦基金屬陶瓷的方法，其特徵在於壓製成型時的壓力為100400MPa。5.根據權利要求1所述的一種以水代替有機溶劑混料製備碳氮化鈦基金屬陶瓷的方法，其特徵在於所述的燒結是將壓製成型的壓坯在143(TC下保溫60-120分鐘。全文摘要一種以水代替有機溶劑混料製備碳氮化鈦基金屬陶瓷的方法，本發明以蒸餾水替代無水乙醇有機溶劑作為混料介質製備碳氮化鈦基金屬陶瓷，達到降低製造成本和綠色製備的目的。以蒸餾水作為混料介質製備Ti(C，N)基的金屬陶瓷，其抗彎強度和硬度不低於以無水乙醇有機溶劑作為混料介質製備碳氮化鈦基金屬陶瓷，二者在晶粒大小和硬質相分布處於同一水平。文檔編號C22C1/05GK101787477SQ201010102130公開日2010年7月28日申請日期2010年1月26日優先權日2010年1月26日發明者豐平,張曉明,李曉賀,趙玉玲申請人:三峽大學