一種含金屬間化合物粘結(jié)相的金屬陶瓷材料的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種含金屬間化合物粘結(jié)相的金屬陶瓷材料的制備方法，其特征是先制備Ni(OH)2包覆Al的復(fù)合粘結(jié)相，和Ni(OH)2包覆(Ti0.5,Mox,W0.5?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)明專利技術(shù)克服了現(xiàn)有的技術(shù)中Al易氧化，破碎和均勻分散困難、易揮發(fā)損失和燒結(jié)遷移易形成孔隙的問題，在燒結(jié)過程中原位形成Ni3Al相，且實(shí)現(xiàn)在硬質(zhì)相周圍的均勻分布，制備出的金屬陶瓷材料可用于切削刀具與抗氧化的零部件制造。

Method for preparing metal ceramic material containing intermetallic compound bonding phase

The invention discloses a method for preparing a metal containing compound bonding phase metal ceramic material, which comprises the following steps: preparation of Ni (OH) 2 coated Al composite bonded phase, and Ni (OH) 2 (Ti0.5, Mox, W0.5 coated x (C), N (x) particles = 0 ~ 0.5) composite hard phase, two mixed by ball milling, filtering, drying after molding, and finally the two section of the atmosphere sintering, namely in the atmosphere at a low temperature Ar/H2 Ni (OH) 2 into Ni, Al and Ni in high temperature sintering in vacuum reacts to form the final Ni3Al. Made of metal ceramic materials containing intermetallic compound binder phase. The invention overcomes the shortcomings of existing technology in Al oxidation, broken and dispersed, difficult volatile loss and sintering formation pore moved transformation, in the process of sintering in situ formation of Ni3Al phase, and uniformly distributed in the hard phase around the metal ceramic material prepared can be used for cutting tools and antioxidant components manufacturing.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)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。
技術(shù)介紹
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(guó)內(nèi)外普遍關(guān)注，金屬陶瓷已在日本等國(guó)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(zhǎng)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(zhǎng)程有序排列以及金屬鍵與共價(jià)鍵共存的特征使其同時(shí)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TiC29％～46.2％、Mo8％～10％、WC20％～25％、石墨0.8％～1.0％、含B的Ni3Al25％～30％；其制備方法是先按質(zhì)量百分比Ni87.23％～87.93％、Al12.07％～12.67％、B0.5％～1.0％，將Ni、Al和B粉混合，對(duì)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(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)針對(duì)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(Ti0.5,Mox,W0.5-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。本專利技術(shù)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(Ti0.5,Mox,W0.5-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(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)的復(fù)合硬質(zhì)相制備：將粒度為0.9～1.5μm的(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)加入乙醇中，(Ti0.5,Mox,W0.5-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(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)料漿；然后將Ni(OH)2溶膠滴加到(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)料漿中，(Ti0.5,Mox,W0.5-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(Ti0.5,Mox,W0.5-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(Ti0.5,Mox,W0.5-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(Ti0.5,Mox,W0.5-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。本專利技術(shù)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(Ti0.5,Mox,W0.5-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(shí)采用Φ6mm的WC-6wt％Co硬質(zhì)合金球,硬質(zhì)合金球的重量為(Ti0.5,Mox,W0.5-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(shí)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(shí)真空度為0.5～5Pa。本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)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(shí)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(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N),因此，使Al源不能與(Ti0.5,Mox,W0.5-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(Ti0.5,Mox,W0.5-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(dú)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本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種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(Ti0.5,Mox,W0.5?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(Ti0.5,Mox,W0.5?x)(C,N)的復(fù)合硬質(zhì)相制備：將粒度為0.9～1.5μm的(Ti0.5,Mox,W0.5?x)(C,N)加入乙醇中，(Ti0.5,Mox,W0.5?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(Ti0.5,Mox,W0.5?x)(C,N)料漿；然后將Ni(OH)2溶膠滴加到(Ti0.5,Mox,W0.5?x)(C,N)料漿中，(Ti0.5,Mox,W0.5?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(Ti0.5,Mox,W0.5?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(Ti0.5,Mox,W0.5?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(Ti0.5,Mox,W0.5?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。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種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(Ti0.5,Mox,W0.5-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(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)的復(fù)合硬質(zhì)相制備：將粒度為0.9～1.5μm的(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)加入乙醇中，(Ti0.5,Mox,W0.5-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(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)料漿；然后將Ni(OH)2溶膠滴加到(Ti0.5,Mox,W0.5-x)(C,N)料漿中，(Ti0.5,Mox,W0.5-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...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊梅，祈凱鋒，馮再，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：成都理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：四川;51