/Co-Ni-BN金屬陶瓷模具材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種有色合金模具材料及其制備方法，特別是涉及一種Al203-Zr02 /Co-N1-BN金屬陶瓷模具材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著材料行業(yè)的快速發(fā)展，模具在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中成為不可替代的設(shè)備，對工業(yè)發(fā)展奠定了大規(guī)模發(fā)展的基礎(chǔ)。由于模具在工作環(huán)境中，經(jīng)常發(fā)生氧化，粘膜，腐蝕甚至出現(xiàn)焊合等現(xiàn)象，而傳統(tǒng)材料如高硬剛、硬質(zhì)合金、傳統(tǒng)陶瓷已經(jīng)不能滿足工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)需求。工業(yè)領(lǐng)域目前常用的陶瓷模具材料大多為TZP/Al203、PSZ、Si3N4、Sialon、3Y-TZP/Al203、Al203/Ni等。由于性能差異性較大，不同陶瓷體系的模具材料受到使用環(huán)境的局限。
[0003]作為多相復(fù)合金屬陶瓷具有耐高溫，耐磨損、抗氧化、抗熱震等優(yōu)異性能，其金屬陶瓷模具已成為銅合金、鋁合金及鈦合金等熱擠壓加工領(lǐng)域替代硬質(zhì)合金、模具鋼、陶瓷模具的最佳材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種Al203-Zr02 /Co-N1-BN金屬陶瓷模具材料及其制備方法，本發(fā)明制備出高性能的金屬陶瓷模具材料，在能夠更好的用于易磨損、易腐蝕、高溫、高壓等惡劣條件，對生產(chǎn)中降低加工成本，提高生產(chǎn)效率等方面有顯著進(jìn)步。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
Al203-Zr02 /Co-N1-BN金屬陶瓷模具材料，所述材料的配料包括原料A1203粉末、ZrO 2粉末、等比例質(zhì)量的BN、Co、Ni粉末，A1203納米顆粒的含量按質(zhì)量百分比為72.25-82.45%，Zr02微米顆粒的含量按質(zhì)量百分比為12.75-14.55%，BN、Co、Ni按質(zhì)量比1:1:1稱料含量按總質(zhì)量百分比3-15% ;材料抗彎強(qiáng)度為1014~1423Mpa，斷裂韌性為7-14.7MPa.m1/2,硬度達(dá)到 8.7-13.4Gpa。
[0006]Al203-Zr02 /Co-N1-BN金屬陶瓷模具材料制備方法，所述方法采用以下工藝步驟一次作業(yè):
①配料:將原料A1203粉末、ZrO2粉末、等比例質(zhì)量的BN、Co、Ni粉末為原料，A1 203納米顆粒的含量按質(zhì)量百分比為72.25-82.45%，Zr02微米顆粒的含量按質(zhì)量百分比為12.75-14.55%，BN、Co、Ni按質(zhì)量比1:1:1稱料含量按總質(zhì)量百分比3-15% ；
②球磨混料，將配好的物料加入球磨機(jī)中，球磨24小時(shí)，放入干燥箱內(nèi)，60°C干燥24小時(shí)，制備出Al203-Zr02/Co_N1-BN復(fù)合粉體；
③粉末成型與燒結(jié):將步驟②處理后的復(fù)合粉體加入到真空熱壓燒結(jié)爐石墨模具中，在真空條件下，燒結(jié)溫度為1450°C ~1650°C，壓力為30Mpa，真空度為6 X 10 2’熱壓30分鐘。
[0007]所述的Al203-Zr02 /Co-N1-BN金屬陶瓷模具材料制備方法，所述步驟②中球磨介質(zhì)選用無水乙醇，磨球?yàn)楦呒冄趸X球，混合后的的復(fù)合粉體在干燥箱中干燥。
[0008]所述的Al203-Zr02 /Co-N1-BN金屬陶瓷模具材料制備方法，所述方法步驟③中采用真空熱壓燒結(jié)的方法進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1450°C ~1650°C，壓力為30Mpa，真空度為6X102，熱壓30分鐘。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是:
本發(fā)明的Al203-Zr02/Co-Ni_BN金屬陶瓷模具材料性能參數(shù)為:抗彎強(qiáng)度1014-1423MPa，斷裂韌性為 7-14.7MPa.m1/2,硬度達(dá)到 8.7-13.4Pa。當(dāng) Co-N1-BN 含量為 4%時(shí)，樣品的抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性和硬度達(dá)到最大值。本發(fā)明方法制備出高性能的金屬陶瓷模具材料，在能夠更好的用于易磨損、易腐蝕、高溫、高壓等惡劣條件，對生產(chǎn)中降低加工成本，提高生產(chǎn)效率等方面有顯著進(jìn)步。
【附圖說明】
[0010]圖1為金屬陶瓷表面第一節(jié)點(diǎn)背散射點(diǎn)子像；
圖2為圖1的能譜分析圖譜；
圖3為金屬陶瓷表面第二節(jié)點(diǎn)背散射點(diǎn)子像；
圖4為圖3的能譜分析圖譜；
圖5為BN-Co-Ni合金含量為3%時(shí)在1500°C，30PMPa壓力條件下保溫30min后的樣品斷口形貌；
圖6為BN-Co-Ni合金含量為6%時(shí)在1500°C，30PMPa壓力條件下保溫30min后的樣品斷口形貌；
圖7為BN-Co-Ni合金含量為9%時(shí)在1500°C，30PMPa壓力條件下保溫30min后的樣品斷口形貌；
圖8為BN-Co-Ni合金含量為12%時(shí)在1500°C，30PMPa壓力條件下保溫30min后的樣品斷口形貌；
圖9為BN-Co-Ni合金含量為15%時(shí)在1500°C，30PMPa壓力條件下保溫30min后的樣品斷口形貌；
圖10為樣品的抗彎強(qiáng)度曲線；
圖11為樣品的斷裂韌性曲線；
圖12為樣品的硬度曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0011 ] 下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0012]本發(fā)明材料組分包括基體材料和增韌相，基體材料為A1203，其顆粒粒徑為60nm質(zhì)量百分比含量為72%-82%，相變增韌相Zr02為質(zhì)量分?jǐn)?shù)12.8-14.6%，其粒徑為200nm ;層狀增韌相BN為1%-5%，其粒徑為lOOnm;延性增韌相Co_Ni為質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%_10%其粒徑為lOOnm。制備工藝步驟:第一步是原料的混合和干燥，第二部分是粉末成型和燒結(jié)。所制備的金屬陶瓷模具材料的抗彎強(qiáng)度為1014-1423，MPa，斷裂韌性為7-14.7MPa.m1/2，硬度達(dá)到8.7-13.4GPa0
[0013]本發(fā)明的Al203-Zr02/Co-Ni_BN金屬陶瓷模具材料制備工藝采用如下步驟:
1)配料:以A1203粉末、ZrO 2粉末、BN粉末、金屬Co、Ni粉末為原料，A1 203納米顆粒的含量按質(zhì)量百分比為72-82%，Zr02為質(zhì)量分?jǐn)?shù)12.8-14.6%，BN、Co、Ni按質(zhì)量比1:1:1稱料含量按質(zhì)量百分比3-15% ;
2)球磨混料:將配好的物料加入行星球磨機(jī)中，球磨24小時(shí)，放入真空干燥箱內(nèi)，60°C干燥24小時(shí)，球磨制備出Al203-Zr02/Co-N1-BN復(fù)合粉體；
3)粉末成型與燒結(jié):將步驟2處理后的復(fù)合粉體加入到真空熱壓燒結(jié)爐中，在真空條件下，溫度為1450°C ~1650°C，壓力為30MPa真空熱壓30min，制備出Al203-Zr02/Co_N1-BN金屬陶瓷模具材料。
[0014]本發(fā)明采用的原料:A1203粉末:粒徑為60nm，純度A1 203含量>99.9% ；ZrO 2粉末:粒徑為0.2 μ m含量>99.7% ；BN粒徑為0.1 μ m，含量>99.7% ；Co粉和Ni粉:粒徑為0.1 μ m含量 >99.9%。
[0015]實(shí)施例1
以八1203納米顆粒、2抑2和8隊(duì)0)、附微米顆粒為原料41203納米顆粒的含量按質(zhì)量百分比為82.45%，Zr02顆粒的含量按質(zhì)量百分比為14.55%，等質(zhì)量比例的BN、Co、Ni微米顆粒含量按質(zhì)量百分比分別為1% ;然后將配好的復(fù)合粉體加入行星球磨機(jī)中，球磨介質(zhì)為無水乙醇，高純氧化鋁球?yàn)槟デ?，球?4h，然后在干燥箱內(nèi)干燥24h，制備出Al203-Zr02/Co-Ni_BN復(fù)合粉體，將復(fù)合粉體在真空熱壓燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行熱壓燒結(jié)，真空熱壓燒結(jié)溫度為1550°C、熱壓壓力為30MPa，熱壓時(shí)間30min，真空度為6 X 10 2MPa,制備出Al203-Zr02/Co_N1-BN金屬陶瓷模具材料。采用單邊三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)檢測材料抗彎強(qiáng)度；采用SENB法檢測材料的斷裂韌性；采用Vickers壓痕硬度法測定材料的維氏硬度(Hv);采用掃描電鏡(SEM)檢測了材料的顯微組織和斷口形貌。
[0016]所制備的Al203-Zr02/Co-Ni_BN金屬陶瓷模具材料的性能測試結(jié)果為:抗彎強(qiáng)度為1014M