本發(fā)明涉及一種金屬陶瓷材料的制備方法，特別是含金屬間化合物粘結(jié)相的金屬陶瓷材料的制備方法，屬于硬質(zhì)材料和切削刀具領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

金屬陶瓷是由TiC、TiN等硬質(zhì)相以及鈷鎳等粘結(jié)相組成的，因其具有較高的硬度、耐磨性、紅硬性以及優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和低的摩擦系數(shù)而受到國內(nèi)外普遍關(guān)注，金屬陶瓷已在日本等國家的切削刀具中得到廣泛應(yīng)用。金屬陶瓷中粘結(jié)相主要用于改善陶瓷的韌性，但切削過程的高溫下金屬粘結(jié)相軟化嚴(yán)重，使金屬陶瓷性能降低。為進(jìn)一步提高金屬陶瓷材料的性能和延長其使用壽命，在此方面的研究和應(yīng)用也日益增多。金屬間化合物中原子的長程有序排列以及金屬鍵與共價鍵共存的特征使其同時兼有金屬的塑性和陶瓷的高溫強(qiáng)度從而成為一種比較有潛力的高溫材料，將其用作金屬陶瓷的粘結(jié)相將提高金屬陶瓷性能。CN201510459684.6公開了一種采用Ni₃Al為粘結(jié)劑的TiC基金屬陶瓷制備方法，其成分為TiC 29％～46.2％、Mo 8％～10％、WC 20％～25％、石墨0.8％～1.0％、含B的Ni₃Al 25％～30％；其制備方法是先按質(zhì)量百分比Ni 87.23％～87.93％、Al12.07％～12.67％、B 0.5％～1.0％，將Ni、Al和B粉混合，對混合料進(jìn)行球磨后，加入酒精濕磨，獲得成分均勻的混合料料漿；混合料料漿經(jīng)真空干燥、過篩，獲得含B的Ni₃Al粉；再經(jīng)過球磨混料步驟、模壓成形步驟和真空燒結(jié)步驟，制成采用Ni₃Al為粘結(jié)劑的TiC基金屬陶瓷。

可見，目前引入Ni₃Al的方法是基于Ni、Al粉末的混合高能球磨機(jī)械合金化形成。此種方法存在著以下問題：如Al球磨過程中易氧化，Al粉發(fā)生塑性變形呈片狀而破碎分散困難，生成的Ni₃Al在后續(xù)的球磨過程中均勻分散困難等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對目前制備含金屬間化合物粘結(jié)相的金屬陶瓷材料采用Ni、Al粉末高能球磨后以Ni₃Al粉末形式加入的方法存在的Al球磨過程中易氧化，Al粉發(fā)生塑性變形呈片狀而破碎分散困難，生成的Ni₃Al在后續(xù)的球磨過程中均勻分散困難等問題，提出采用先制備Ni(OH)₂包覆Al的復(fù)合粘結(jié)相，和Ni(OH)₂包覆(Ti_0.5,Mo_x,W_0.5-x)(C,N)顆粒(其中x＝0～0.5)的復(fù)合硬質(zhì)相,二者混合后經(jīng)過球磨、過濾、干燥等工序后壓制成型，最后進(jìn)行兩段氣氛燒結(jié)，即在低溫下Ar/H₂氣氛中Ni(OH)₂轉(zhuǎn)化成Ni，在高溫下真空燒結(jié)Ni與Al發(fā)生反應(yīng)形成Ni₃Al，最終制成含金屬間化合物粘結(jié)相的金屬陶瓷材料。

本發(fā)明的含金屬間化合物粘結(jié)相的金屬陶瓷材料的制備方法，其特征在于依次包含以下步驟：

(1)Ni(OH)₂包覆Al的復(fù)合粘結(jié)相制備：先將C₁₆H₃₃(CH₃)₃NBr，正己醇，正己烷加入到去離子水中，按重量百分含量C₁₆H₃₃(CH₃)₃NBr占14％～29％，正己醇占5％～13％，正己烷占6％～14％，其余為去離子水，用磁力攪拌器在60～90℃下攪拌3～10h,然后放置10～24h，配制形成微乳液；以配制的微乳液為溶劑，加入粒度為100～300nm的Al粉，Al的摩爾濃度為0.1～1.5mol/L,超聲處理0.5～2h形成Al粉懸濁液；以配制的微乳液為溶劑，加入NiCl₂，NiCl₂的摩爾濃度為0.1～1mol/L，加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH值到8～9，用磁力攪拌器在60～90℃下攪拌3～12h,然后放置10～24h形成Ni(OH)₂溶膠，用于包覆Al和(Ti_0.5,Mo_x,W_0.5-x)(C,N)(其中x＝0～0.5)；最后將Ni(OH)₂溶膠滴加到中Al粉懸濁液中，Al與Ni(OH)₂溶膠的摩爾比為1:5～1:3，用磁力攪拌器在60～90℃下攪拌3～12h,得到Ni(OH)₂包覆Al的復(fù)合粘結(jié)相；

(2)Ni(OH)₂包覆(Ti_0.5,Mo_x,W_0.5-x)(C,N)的復(fù)合硬質(zhì)相制備：將粒度為0.9～1.5μm的(Ti_0.5,Mo_x,W_0.5-x)(C,N)加入乙醇中，(Ti_0.5,Mo_x,W_0.5-x)(C,N)與乙醇的質(zhì)量比為1:4～1:3，球磨48～72h后再添加0.5～1wt％的吐溫80并超聲處理0.5～2h，制成(Ti_0.5,Mo_x,W_0.5-x)(C,N)料漿；然后將Ni(OH)₂溶膠滴加到(Ti_0.5,Mo_x,W_0.5-x)(C,N)料漿中，(Ti_0.5,Mo_x,W_0.5-x)(C,N)與Ni(OH)₂溶膠的摩爾比為5:1～10:1，用磁力攪拌器在60～90℃下攪拌3～12h,得到Ni(OH)₂包覆(Ti_0.5,Mo_x,W_0.5-x)(C,N)的復(fù)合硬質(zhì)相；

(3)金屬陶瓷混合粉末制備與金屬陶瓷生坯制備：將Ni(OH)₂包覆Al的復(fù)合粘結(jié)相與Ni(OH)₂包覆(Ti_0.5,Mo_x,W_0.5-x)(C,N)的復(fù)合硬質(zhì)相混合，并按復(fù)合粘結(jié)相中的Ni(OH)₂與復(fù)合硬質(zhì)相中的(Ti_0.5,Mo_x,W_0.5-x)(C,N)的摩爾比為1:2～1:4進(jìn)行混合，然后球磨12～36h，經(jīng)400目篩網(wǎng)過濾后在100～150℃干燥1～3h，金屬陶瓷混合粉末經(jīng)過100目過篩，按金屬陶瓷混合粉末重量的5～10wt％摻入丁鈉橡膠成型劑，經(jīng)過80目過篩后在200～400MPa壓力下壓制成型得到金屬陶瓷生坯；

(4)兩階段氣氛燒結(jié)形成含金屬間化合物粘結(jié)相的金屬陶瓷材料：金屬陶瓷生坯先以Ar/H₂為燒結(jié)氣氛在550～650℃燒結(jié)2～4h，使包覆層中的Ni(OH)₂轉(zhuǎn)化為Ni；然后在1400～1600℃真空燒結(jié)1～3h使Ni與Al發(fā)生反應(yīng)而原位形成Ni₃Al含金屬間化合物粘結(jié)相的金屬陶瓷。

本發(fā)明的含金屬間化合物粘結(jié)相的金屬陶瓷材料的制備方法，其進(jìn)一步的特征在于：

(1)C₁₆H₃₃(CH₃)₃NBr，正己醇，正己烷、NiCl₂、吐溫80、乙醇和氨水均為分析純；

(2)制備Ni(OH)₂包覆Al的復(fù)合粘結(jié)相與Ni(OH)₂包覆(Ti_0.5,Mo_x,W_0.5-x)(C,N)的復(fù)合硬質(zhì)相過程中，磁力攪拌的速度為20～60r/min；

(3)金屬陶瓷混合粉末制備與金屬陶瓷生坯制備中球磨時采用Φ6mm的WC-6wt％Co硬質(zhì)合金球,硬質(zhì)合金球的重量為(Ti_0.5,Mo_x,W_0.5-x)(C,N)粉末的3～5倍；

(4)兩階段氣氛燒結(jié)形成含金屬間化合物粘結(jié)相的金屬陶瓷材料時的升溫速度為5～15℃/min，反應(yīng)結(jié)束后的降溫速度為5～15℃/min，所用的Ar/H₂中H₂含量為5vol％，壓力為0.5MPa，真空燒結(jié)時真空度為0.5～5Pa。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：(1)以包覆方式形成Ni(OH)₂包覆Al的粘結(jié)相先驅(qū)體，并燒結(jié)過程中原位形成Ni₃Al相，且實現(xiàn)在硬質(zhì)相周圍的均勻分布，因此避免了混合高能球磨法存在的如球磨過程中Al易氧化，Al粉發(fā)生塑性變形粒度控制以及球磨均勻分散控制困難的問題。(2)Ni源分別包覆Al源和(Ti_0.5,Mo_x,W_0.5-x)(C,N),因此，使Al源不能與(Ti_0.5,Mo_x,W_0.5-x)(C,N)在燒結(jié)早期接觸而發(fā)生反應(yīng)，Al源主要形成Ni₃Al，從而避免了硬質(zhì)相(Ti_0.5,Mo_x,W_0.5-x)(C,N)分解和TiAl等金屬間化合物的生成而破壞硬質(zhì)相和惡化金屬陶瓷性能。(3)Al不是單獨存在而是被包覆在Ni內(nèi)部，因此，Al的揮發(fā)損失和遷移形成孔隙等現(xiàn)象可得到控制。

附圖說明

圖1本發(fā)明方法制備含金屬間化合物粘結(jié)相的金屬陶瓷的工藝示意圖

具體實施方式

實例1：采用分析純的C₁₆H₃₃(CH₃)₃NBr，正己醇，正己烷、NiCl₂、吐溫80、乙醇和氨水化學(xué)試劑；(1)先進(jìn)行Ni(OH)₂包覆Al的復(fù)合粘結(jié)相制備：先將C₁₆H₃₃(CH₃)₃NBr，正己醇，正己烷加入到去離子水中，按重量百分含量C₁₆H₃₃(CH₃)₃NBr占29％，正己醇占8％，正己烷占9％，其余為去離子水，用磁力攪拌器在60℃下攪拌3h,磁力攪拌的速度為20r/min，然后放置10h，配制形成微乳液；以配制的微乳液為溶劑，加入粒度為100nm的Al粉，Al的摩爾濃度為0.2mol/L,超聲處理0.5h形成Al粉懸濁液；以配制的微乳液為溶劑，加入NiCl₂，NiCl₂的摩爾濃度為0.8mol/L，加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH值到8，用磁力攪拌器在60℃下攪拌6h，磁力攪拌的速度為40r/min，然后放置12h形成Ni(OH)₂溶膠，用于包覆Al和(Ti_0.5,Mo_x,W_0.5-x)(C,N)(其中x＝0.1)；最后將Ni(OH)₂溶膠滴加到中Al粉懸濁液中，Al與Ni(OH)₂溶膠的摩爾比為1:5，用磁力攪拌器在60℃下攪拌7h，磁力攪拌的速度為20r/min，得到Ni(OH)₂包覆Al的復(fù)合粘結(jié)相；(2)然后進(jìn)行Ni(OH)₂包覆(Ti_0.5,Mo_0.1,W_0.4)(C,N)的復(fù)合硬質(zhì)相制備：將粒度為0.9μm的(Ti_0.5,Mo_0.1,W_0.4)(C,N)加入乙醇中，(Ti_0.5,Mo_0.1,W_0.4)(C,N)與乙醇的質(zhì)量比為1:4，球磨48h后再添加0.5wt％的吐溫80并超聲處理1h，制成(Ti_0.5,Mo_0.1,W_0.4)(C,N)料漿；然后將Ni(OH)₂溶膠滴加到(Ti_0.5,Mo_0.1,W_0.4)(C,N)料漿中，(Ti_0.5,Mo_0.1,W_0.4)(C,N)與Ni(OH)₂溶膠的摩爾比為6:1，用磁力攪拌器在70℃下攪拌6h，磁力攪拌的速度為40r/min，得到Ni(OH)₂包覆(Ti_0.5,Mo_0.1,W_0.4)(C,N)的復(fù)合硬質(zhì)相；(3)再進(jìn)行金屬陶瓷混合粉末制備與金屬陶瓷生坯制備：將Ni(OH)₂包覆Al的復(fù)合粘結(jié)相與Ni(OH)₂包覆(Ti_0.5,Mo_0.1,W_0.4)(C,N)的復(fù)合硬質(zhì)相混合，并按復(fù)合粘結(jié)相中的Ni(OH)₂與復(fù)合硬質(zhì)相中的(Ti_0.5,Mo_0.1,W_0.4)(C,N)的摩爾比為1:2進(jìn)行混合，然后球磨30h，球磨時采用Φ6mm的WC-6wt％Co硬質(zhì)合金球,硬質(zhì)合金球的重量為(Ti_0.5,Mo_0.1,W_0.4)(C,N)粉末的5倍，經(jīng)400目篩網(wǎng)過濾后在150℃干燥2h，金屬陶瓷混合粉末經(jīng)過100目過篩，按金屬陶瓷混合粉末重量的5wt％摻入丁鈉橡膠成型劑，經(jīng)過80目過篩后在250MPa壓力下壓制成型得到金屬陶瓷生坯；(4)最后進(jìn)行兩階段氣氛燒結(jié)形成含金屬間化合物粘結(jié)相的金屬陶瓷材料：金屬陶瓷生坯先以Ar/H₂為燒結(jié)氣氛在620℃燒結(jié)2h，使包覆層中的Ni(OH)₂轉(zhuǎn)化為Ni；然后在1580℃真空燒結(jié)2h使Ni與Al發(fā)生反應(yīng)原位形成Ni₃Al；燒結(jié)過程中升溫速度為5℃/min，反應(yīng)結(jié)束后的降溫速度為12℃/min，所用的Ar/H₂中H₂含量為5vol％，壓力為0.5MPa，真空燒結(jié)時真空度為3Pa，最終制備出含金屬間化合物粘結(jié)相的金屬陶瓷。

實例2：采用分析純的C₁₆H₃₃(CH₃)₃NBr，正己醇，正己烷、NiCl₂、吐溫80、乙醇和氨水化學(xué)試劑；(1)先進(jìn)行Ni(OH)₂包覆Al的復(fù)合粘結(jié)相制備：先將C₁₆H₃₃(CH₃)₃NBr，正己醇，正己烷加入到去離子水中，按重量百分含量C₁₆H₃₃(CH₃)₃NBr占19％，正己醇占12％，正己烷占7％，其余為去離子水，用磁力攪拌器在90℃下攪拌8h,磁力攪拌的速度為20r/min，然后放置14h，配制形成微乳液；以配制的微乳液為溶劑，加入粒度為200nm的Al粉，Al的摩爾濃度為1.5mol/L,超聲處理0.5h形成Al粉懸濁液；以配制的微乳液為溶劑，加入NiCl₂，NiCl₂的摩爾濃度為0.8mol/L，加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH值到9，用磁力攪拌器在65℃下攪拌7h，磁力攪拌的速度為30r/min，然后放置17h形成Ni(OH)₂溶膠，用于包覆Al和(Ti_0.5,Mo_x,W_0.5-x)(C,N)(其中x＝0.3)；最后將Ni(OH)₂溶膠滴加到中Al粉懸濁液中，Al與Ni(OH)₂溶膠的摩爾比為1:4，用磁力攪拌器在90℃下攪拌12h，磁力攪拌的速度為50r/min，得到Ni(OH)₂包覆Al的復(fù)合粘結(jié)相；(2)然后進(jìn)行Ni(OH)₂包覆(Ti_0.5,Mo_0.3,W_0.2)(C,N)的復(fù)合硬質(zhì)相制備：將粒度為1.2μm的(Ti_0.5,Mo_0.3,W_0.2)(C,N)加入乙醇中，(Ti_0.5,Mo_0.3,W_0.2)(C,N)與乙醇的質(zhì)量比為1:3，球磨50h后再添加0.9wt％的吐溫80并超聲處理1h，制成(Ti_0.5,Mo_0.3,W_0.2)(C,N)料漿；然后將Ni(OH)₂溶膠滴加到(Ti_0.5,Mo_0.3,W_0.2)(C,N)料漿中，(Ti_0.5,Mo_0.3,W_0.2)(C,N)與Ni(OH)₂溶膠的摩爾比為10:1，用磁力攪拌器在60℃下攪拌3h，磁力攪拌的速度為20r/min，得到Ni(OH)₂包覆(Ti_0.5,Mo_0.3,W_0.2)(C,N)的復(fù)合硬質(zhì)相；(3)再進(jìn)行金屬陶瓷混合粉末制備與金屬陶瓷生坯制備：將Ni(OH)₂包覆Al的復(fù)合粘結(jié)相與Ni(OH)₂包覆(Ti_0.5,Mo_0.3,W_0.2)(C,N)的復(fù)合硬質(zhì)相混合，并按復(fù)合粘結(jié)相中的Ni(OH)₂與復(fù)合硬質(zhì)相中的(Ti_0.5,Mo_0.3,W_0.2)(C,N)的摩爾比為1:3進(jìn)行混合，然后球磨26h，球磨時采用Φ6mm的WC-6wt％Co硬質(zhì)合金球,硬質(zhì)合金球的重量為(Ti_0.5,Mo_0.3,W_0.2)(C,N)粉末的4倍，經(jīng)400目篩網(wǎng)過濾后在140℃干燥2h，金屬陶瓷混合粉末經(jīng)過100目過篩，按金屬陶瓷混合粉末重量的8wt％摻入丁鈉橡膠成型劑，經(jīng)過80目過篩后在280MPa壓力下壓制成型得到金屬陶瓷生坯；(4)最后進(jìn)行兩階段氣氛燒結(jié)形成含金屬間化合物粘結(jié)相的金屬陶瓷材料：金屬陶瓷生坯先以Ar/H₂為燒結(jié)氣氛在640℃燒結(jié)1h，使包覆層中的Ni(OH)₂轉(zhuǎn)化為Ni；然后在1600℃真空燒結(jié)1.5h使Ni與Al發(fā)生反應(yīng)原位形成Ni₃Al；燒結(jié)過程中升溫速度為9℃/min，反應(yīng)結(jié)束后的降溫速度為7℃/min，所用的Ar/H₂中H₂含量為5vol％，壓力為0.5MPa，真空燒結(jié)時真空度為1Pa，最終制備出含金屬間化合物粘結(jié)相的金屬陶瓷。