专利摘要

一种Ti(C，N)基金属陶瓷及其应用，由陶瓷相和粘结相构成，各组成成分的原子百分比为Ti48.16～54.29％，Mo7.1～11.02％，W3.52～6.31％，Ni15.56～19.88％，Y0.47～0.69％，Al1.53～2.43％，C9.37～12.54％，N3.98～4.99％。在金属陶瓷制备中加入稀土元素Y和AlN，通过稀土元素Y对相界面的起到了净化作用，使相界面的结合强度得到增强，提高了材料强韧性；而加入的AlN使Ti(C，N)基金属陶瓷的粘结相得到强化，从而提高金属陶瓷的硬度和强度。由本发明中的金属陶瓷制成的切削刀具具有低密度，高硬度，对钢的摩擦系数小，切削时粘结磨损和扩散磨损小，红硬性好的优点。

权利要求

1.一种Ti(C，N)基金属陶瓷，由陶瓷相和粘结相构成，其特征在于：所述金属陶瓷中各组成元素的质量百分比为：

2.一种权利要求1中所述Ti(C，N)基金属陶瓷在切削刀具中的应用。

说明书

技术领域

本发明涉及合金材料的技术领域，具体说是一种具有低密度和高硬度，且生产成本低廉的Ti(C，N)基金属陶瓷及其应用。 

背景技术

金属陶瓷的发展至今主要经历三个过程：一、1929年德国发明了TiC-Ni基金属陶瓷，虽然有优良的高温力学性能和低密度的特点，但是由于Ni对TiC颗粒的润湿性差，TiC颗粒易聚集长大，材料强度和韧性较差；二、1956年美国福特公司发明了TiC-Mo₂C-Ni金属陶瓷，金属陶瓷强度得到提高；三、1971年维也纳工业大学发现了在TiC-Mo₂C-Ni金属陶瓷中加入TiN，可以进一步细化硬质相颗粒，抗高温蠕变能力，红硬性，室温强韧性都有提高。 

但是随着TiN的引入，在烧结过程中产生脱氮现象，增大了材料的孔隙率，脱氮造成的总效应是降低可烧结性和强度。 

近些年来，科研人员进行了大量的研究，通过对材料制备中的组份设计，反应机理的研究，制造方法和加工工艺的优化，希望能够同时提高材料的硬度和抗弯强度，使其综合性能能够满足工业生产的需求，但是，通过国内金属陶瓷产品的使用范围和比例，其产业发展还处在初期阶段，性能还需要改进提高。随着对纳米材料的逐步认识，利用纳米粉制备纳米Ti(C，N)基金属陶瓷的研究越来越多，但是至今还不能制备非常致密化的Ti(C，N)基金属陶瓷，其制备过程有许多问题需要解决，另外纳米陶瓷粉的制备成本非常高，因此开发新的适于纳米Ti(C，N)基金属陶瓷的烧结方法烧结工艺以及制备纳米混合粉的工艺方法将成为但前的研究重点。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有低密度和高硬度，且生产成本低廉的Ti(C，N)基金属陶瓷及其应用。 

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是： 

本发明的Ti(C，N)基金属陶瓷，由陶瓷相和粘结相构成，所述金属陶瓷中各组成元素的质量百分比为： 

本发明还包括Ti(C，N)基金属陶瓷在切削刀具中的应用。 

本发明具有的优点和积极效果是： 

本发明的Ti(C，N)基金属陶瓷在制备中同时加入稀土元素Y和AlN，通过稀土元素Y与烧结体中的杂质形成难溶化合物并分布在Ti(C，N)/Ni相界面上，一方面对相界面的起到了净化作用，使相界面的结合强度得到增强，使硬质相颗粒得到细化，另一方面可减少孔隙的存在，提高材料的致密度，有利于材料强韧性的提高。而在Ti(C，N)基金属陶瓷中加入AlN，会在粘结相中形成r’相即Ni₃(Al，Ti)，使Ti(C，N)基金属陶瓷的粘结相得到强化，从而提高金属陶瓷的硬度和强度。利用本发明的Ti(C，N)基金属陶瓷生产出的切削刀具，具有低密度，高硬度，对钢的摩擦系数小，切削时粘结磨损和扩散磨损小，红硬性好的优点。该Ti(C，N)基金属陶瓷中主要成分是TiC，对国家战略资源W的消耗量少，并且不含Co(中国贫Co，储量不足全球的1％)。Ti(C，N)基金属陶瓷的密度小(7g/cm³左右)，主要成分的粉末市场价格低，所以原材料成本低，生产过程中，不需要高端设备及复杂的工艺流程，生产运行成本远低于硬质合金材料。 

具体实施方式

以下通过实施例对本发明进行详细的说明。 

本发明的Ti(C，N)基金属陶瓷，由陶瓷相和粘结相构成。 

如表1中所示，不同实施例中金属陶瓷中各组成元素的质量百分比为： 

表1金属陶瓷中各组成元素的质量百分比(wt％) 

本发明还包括Ti(C，N)基金属陶瓷在切削刀具中的应用。使用本发明中所述金属陶瓷生产规格4160511的铣刀，用以加工30CrMo合金钢， 上述铣刀以350m/min的转速对合金钢进行高速切削。与同型号的硬质合金产品对比，由本发明中所述Ti(C，N)基金属陶瓷制成的铣刀其使用寿命提高3-6倍，合金钢加工表面的表面光洁度有很大改善，切削工作效率得到提高。 

本发明的Ti(C，N)基金属陶瓷可以通过以下步骤进行制备： 

A、进行原料组配，原料中各组分的质量百分比为：TiC 49.6％、TiN15％、WC 5％、Ni 17％、Mo 9％、C 0.8％、Y 0.6％、AlN 3％； 

B、按每千克原料加入850毫升无水乙醇的配比，在上述原料中加入无水乙醇，将混合的物料在行星球磨机上湿混，球料比为8∶1，球磨机转速为300r/min，在球磨机中混料72小时； 

C、将上述步骤中得到的混料料浆在电热干燥箱中进行干燥，干燥温度为78±5℃，干燥时间12小时； 

D、配置质量百分比为8％的聚乙烯醇溶液，并将聚乙烯醇溶液加入到混合物料中，加入的聚乙烯醇溶液质量为干燥混合物料质量的6％，均匀混合后干燥造粒，过200目筛； 

E、将D步骤中得到的粉料模压成型，压制力215MPa，压坯尺寸为5.6mm×5.6mm×40mm，压坯表面无裂纹； 

F、将压坯置入真空脱脂炉中脱脂，真空脱脂炉的真空度不低于10Pa，炉温从200℃开始以2℃/min的升温速度升温到800℃，并保持800℃的温度2小时； 

G、在真空烧结炉中进行烧结，固相烧结阶段的真空度在1-10Pa之间，液相烧结阶段真空度在1-10^-2Pa之间。 

添加稀土元素Y能够与粉末原料带人的O，S等杂质发生反应，例如：与杂质元素S起反应生成S与其他元素(Ti、Mo、W、Ni)的复合化合物，净化了陶瓷相——陶瓷相界面和陶瓷相——金属相界面，使相界面的结合强度增强，同时改善了金属相对陶瓷相的润湿性，减少了孔隙的存在，提高了材料的致密度。但是，Y的加入量过多，则反应后剩余的Y还会与Ni反应生成化合物，从而降低抗弯强度和硬度。 

粘结相的体积分数增大，金属陶瓷的硬度下降，而抗弯强度逐渐增大，并在粘结相体积分数接近1/4时达到最高值，体积分数继续增加，抗弯强度反而下降，若想同时提高硬度和抗弯强度，必须强化粘结相，根据Ni基高温合金强化机理，通过在粘结相中添加适量的AlN，则有可能同时利用Al在Ni中的固溶强化作用和Ni₃Al(r’相)弥散析出相强化作用，强化粘结相，提高材料性能。但是Ni₃Al(r’相)的脆性较大，Ni₃Al(r’相)含量过高，反而降低材料的抗弯强度，Ni₃Al(r’相)含量需要控制在一个合理的范围内，从而需要控制AlN的加入量。根据理论和 试验的结合，确定了合理的添加量：Y占总体质量百分比的0.6％左右，AlN占总体质量百分比的3％左右。 

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然而，并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当然会利用揭示的技术内容作出些许更动或修饰，成为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。 

Ti(C,N)基金属陶瓷及其应用专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。