專利名稱：添加超細(xì)Ti(C,N)粉末以一步燒結(jié)法制備脫β相梯度硬質(zhì)合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及脫β相梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的制備工藝。
背景技術(shù)：
隨著高速精密加工業(yè)的快速發(fā)展，優(yōu)良的涂層刀具越來越成為市場(chǎng)的迫切需求?；瘜W(xué)氣相沉積(CVD)涂層是應(yīng)用最多的切削刀具涂層技術(shù)。但是CVD涂層的發(fā)生溫度一般在800℃以上，因此容易因高溫應(yīng)力而在涂層和基體材料間產(chǎn)生裂紋，從而嚴(yán)重降低涂層刀具的壽命。具有表面脫立方相梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金基體(簡(jiǎn)稱脫β相梯度合金)是用于CVD刀具涂層的優(yōu)質(zhì)基體材料。脫β相梯度合金刀具基體用于涂層處理時(shí)，由于其表面無立方相的韌性材料起到了阻止高溫應(yīng)力裂紋擴(kuò)散到基體材料的作用，從而保證了涂層刀具的優(yōu)良性能。
脫β相梯度硬質(zhì)合金普通的制備方法是在含Ti的P類硬質(zhì)合金原料粉末中添加N元素，添加方式可以多種，比如TiN，TiCxNx等等。其含N粉末的粒度為中等粒度以上(＞0.8μm)。接著，對(duì)混合料進(jìn)行球磨處理等工序制成可壓制粉料，再進(jìn)行壓制而制成所需形狀的刀具壓坯。最后進(jìn)行燒結(jié)處理，在燒結(jié)過程中，先在充一定壓力氮?dú)獗Ｗo(hù)的氣氛下燒結(jié)至1380℃左右，然后降溫，再真空燒結(jié)至1400℃左右得到梯度合金。國(guó)外出版的《難熔金屬與硬質(zhì)合金》雜質(zhì)2002年第20期上的“碳含量對(duì)于硬質(zhì)合金表面脫氮碳化物層形成的影響”一文公開了一種以添加TiC0.5N0.5制備脫β相梯度硬質(zhì)合金的方法，該方法采用的主要工藝是TiC0.5N0.5在系統(tǒng)中的重量百分比為7.6％以兩步的方式燒結(jié)合金，第一步充氮?dú)猓獨(dú)鈮毫?0mbar；第一步燒結(jié)溫度為1390℃，第二步的燒結(jié)溫度為1450℃。該方法的缺點(diǎn)是分兩步燒結(jié)，而且第一步燒結(jié)至一定溫度后必須充氮保護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種與現(xiàn)有技術(shù)相比工藝更簡(jiǎn)易，生產(chǎn)成本更低，性能更優(yōu)越的脫β相梯度硬質(zhì)合金的制備方案。
為了解決脫β相梯度硬質(zhì)合金必須充氮保護(hù)且分兩步燒結(jié)的難題，本發(fā)明研究出新型添加超細(xì)粒度Ti(C，N)粉末，并以一步燒結(jié)法制備脫β相梯度硬質(zhì)合金，以此方法制得的合金致密度好，合金抗彎強(qiáng)度高，涂層后的抗彎強(qiáng)度下降值比較小。


圖1是本發(fā)明添加入合金的Ti(C，N)超細(xì)粉末的SEM圖片；圖2是本發(fā)明制得的脫β相梯度硬質(zhì)合金的SEM照片；圖3是本發(fā)明制得的脫β相梯度硬質(zhì)合金的SEM照片和其表面Ti元素的面分布和線分布。
具體實(shí)施例方式
方法按預(yù)定的數(shù)量關(guān)系準(zhǔn)確秤取幾種原料粉末，其組分(重量比例)如下Co粉7％～12％(Ti，W)C粉末3％～12％WC粉末75％～85％
Ti(C，N)粉末2％～10％其中Ti(C，N)粉末的平均粒度為0.1～0.5μm，如圖1，其C，N原子比例為幾個(gè)0∶1，0.5∶0.5和0.7∶0.3，Ti(C，N)粉末在原料粉末中的重量比例為2％～10％。然后將其分別加入球磨桶中混合均勻，球磨桶內(nèi)裝有一定數(shù)量的硬質(zhì)合金球。濕磨介質(zhì)為酒精。球磨時(shí)間為36～48小時(shí)。接著干燥濕磨混合料，然后再摻膠，所用的原料為橡膠和汽油，摻膠的目的是為了改善混合料成型時(shí)的成型性，使制品具有一定的強(qiáng)度和密度并能保持一定的幾何形狀與尺寸。接著再對(duì)摻膠料進(jìn)行干燥，目的是脫去摻膠時(shí)加入的溶劑汽油以便于制粒和成型。再是制粒工序，其作用是改善混合料的流動(dòng)性和對(duì)壓模的填充性能。將制粒后的混合料用壓機(jī)壓制成壓坯。最后，采用不充氮保護(hù)和連續(xù)燒結(jié)的方式以一定燒結(jié)制度在真空燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1380℃～1480℃。冷卻后開爐得到試樣，如圖2，3。所得脫β相梯度層厚度為10～40μm。涂層前脫β相梯度合金抗彎強(qiáng)度為1790～1980N/mm2。
本發(fā)明的特點(diǎn)是在現(xiàn)有工藝中加入超細(xì)粒度的Ti(C，N)粉末，采用一步真空燒結(jié)的工藝方法制備的脫β相梯度硬質(zhì)合金。實(shí)踐表明采用上述超細(xì)粒度的Ti(C，N)粉末添加制得的脫β相梯度硬質(zhì)合金具有致密度好，抗彎強(qiáng)度高，與涂層的結(jié)合好，切削性能好等優(yōu)點(diǎn)。
為了更清楚的比較和說明此新型脫β相梯度硬質(zhì)合金制備方法與普通方法制備合金的差異，比較了幾種方案制備梯度合金的梯度形成狀況和性能差異方案1在P類硬質(zhì)合金原料中加入普通粒度1.2μmTi(C，N)粉末，其余以與本方法相同的工藝制備合金，以CVD工藝在所得合金表面涂層，涂層材料為Ti(C，N)。
方案2在P類硬質(zhì)合金原料中加入普通粒度1.2μmTi(C，N)粉末，以兩步方式燒結(jié)，并且第一步充氮?dú)獗Ｗo(hù)的方法制備合金，以CVD工藝在所得合金表面涂層，涂層材料為Ti(C，N)。
方案3以本申請(qǐng)方法制備梯度合金，以CVD工藝在所得梯度合金表面涂層，涂層材料為Ti(C，N)。

權(quán)利要求
1.一種脫β相梯度硬質(zhì)合金的制備方法，其特征是粉末原料中添加超細(xì)粒度Ti(C，N)粉末，使用一步燒結(jié)的工藝來制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超細(xì)粒度的Ti(C，N)粉末，其特征在于Ti(C，N)粉末中C，N元素的原子比例為0∶1，0.5∶0.5和0.7∶0.3；粉末的平均粒度為0.1～0.5μm；Ti(C，N)粉末在原料粉末中的重量比例為2％～10％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)工藝，其特征在于燒結(jié)中不充氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)，在真空中一次性燒結(jié)完成得到梯度合金。
全文摘要
具有表面脫立方相梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金基體(簡(jiǎn)稱脫β相梯度合金)由于其表面無立方相的韌性材料起到了涂層時(shí)阻止高溫應(yīng)力裂紋擴(kuò)散到基體材料的作用，從而保證了涂層刀具的優(yōu)良性能。其制備方法為在含Ti的P類硬質(zhì)合金原料粉末中加入超細(xì)粒度的Ti(C，N)粉末，按一定工藝得到可壓制粒料，壓制成型，在真空燒結(jié)爐中按一定的工藝路線進(jìn)行真空燒結(jié)，通過實(shí)現(xiàn)N，Ti元素的遷移，形成脫β相梯度合金。Ti(C，N)粉末的含量為2％～10％，其平均粒度為0.1～0.5μm，燒結(jié)溫度為1380～1480℃。脫β相梯度層厚度為10～40μm。
文檔編號(hào)C22C1/04GK1900331SQ20061002133
公開日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2006年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月7日
發(fā)明者熊計(jì), 曹鼎, 郭智興 申請(qǐng)人:四川大學(xué)