CN111500913B - 一种挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料及制备方法，解决了现有技术中挤压模消耗成本较高，缺少耐磨性好、高温硬度高、寿命长的挤压模材料的技术问题。其制备包括下述重量百分比的主料：硬质颗粒70%～95%，金属粘结相基体5%～30%；硬质颗粒和金属粘结相基体的重量百分比之和为100%；其中，所述金属粘结相基体中包括ⅧB铂族过渡金属元素粉末。本发明制得的挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料，具有耐磨性好、高温硬度高、摩擦系数低的优点，能够有效延长挤压模模具的使用寿命，提高加工效率降低加工成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳氮化钛金属陶瓷材料，具体涉及一种挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料及制备方法。
背景技术
随着工业规模的不断扩大，制造业中对零件的需求量一直保持着较高的水准。其中有大量的机械零件，非常适合通过热挤压工艺进行生产，因为热挤压工艺设备常见，安装方便，流程简洁，同时通过热挤压工艺得到的加工工件加工余量少，大幅度增加了材料利用率。因此热挤压工艺作为一种先进成熟的压力加工工艺，在大批量生产形状适合的对应零件时能够带来巨大的经济效益。由于过程温度高、工作环境恶劣，热挤压过程受到了较多因素的影响。热挤压模具是热挤压过程中极其重要的配件，在工作时受到持续的高温、持续的摩擦与极大的循环应力，主要存在黏着磨损、磨粒磨损与疲劳磨损，极其容易通过磨损、热疲劳、开裂、塌陷等形式失效，导致热挤压模具寿命偏低，需要经常更换。因此在如今的热挤压规模化生产中，热挤压模具由于寿命有限，更换频繁，严重增加了资金投入，降低了生产效率，寻找高温性能优秀、耐磨能力出色的热挤压模具材料势在必行。在如今的热挤压过程中，常用热挤压模材料为热作合金模具钢，出现磨损过快等问题。在探索过程中，硬质合金及纯陶瓷热挤压模也被考虑，但硬质合金材料化学稳定性较差，陶瓷材料韧性及热震性较差，在使用过程中容易开裂，仍然无法有效提升热挤压模具寿命。
碳氮化钛基金属陶瓷是一种被广泛使用的新型硬质材料，由碳氮化钛硬质相、钴镍粘结相及其它碳化物添加剂组成，以其出色的高温力学性能、优异的耐磨性能、高的化学惰性及低的摩擦系数收到了广泛关注，其在高速切削加工、高精度加工及耐腐蚀耐高温件上有着极其出色的表现。碳氮化钛基金属陶瓷是一种适合热挤压模制备的材料，其低的摩擦系数能够大大减少受到的摩擦，减少自身磨损的同时提升产品质量，同时其较高的化学稳定性能够减少高温下的黏着磨损，优异的耐磨性能能够保持高的使用寿命。但金属陶瓷材料存在脆性较大，韧性不佳的问题，在目前使用过程中磨损量很小，但存在较大的开裂风险。为了扩大碳氮化钛基的金属陶瓷应用范围，实现热挤压模实际应用，提升热挤压模寿命，还需要提升金属陶瓷的材料韧性及抗热震性能。
本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：
现有技术中挤压模消耗成本较高，缺少耐磨性好、高温硬度高、寿命长的挤压模材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料及制备方法，以现有技术中挤压模消耗成本较高，缺少耐磨性好、高温硬度高、寿命长的挤压模材料的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的一种挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料，其制备包括下述重量百分比的主料：硬质颗粒70％～95％，金属粘结相基体5％～30％；硬质颗粒和金属粘结相基体的重量百分比之和为100％；其中，
所述金属粘结相基体中包括ⅧB铂族过渡金属元素粉末。
进一步的，各主料的重量百分比分别为：硬质颗粒80％～90％，金属粘结相基体10％～20％；硬质颗粒和金属粘结相基体的重量百分比之和为100％。
进一步的，各主料的重量百分比分别为：硬质颗粒85％，金属粘结相基体15％。
进一步的，其制备还包括球磨介质、碳源和成型剂；所述碳源为石墨或炭黑，其加入量为制备硬质颗粒组分总重量的0.1％～1％；所述成型剂为石蜡，其加入量为制备硬质颗粒组分总重量的3％～6％。
进一步的，所述硬质颗粒包括碳氮化钛粉末、金属粘结相粉末和碳化物添加剂粉末；所述碳碳氮化钛粉末、金属粘结相粉末和碳化物添加剂粉末的重量比为(60～80)：(6～12)：(10～30)。
进一步的，所述硬质颗粒中，所述碳氮化钛粉末粒径为0.5μm～4μm，所述金属粘结相粉末粒径为3μm～10μm，所述碳化物添加剂粉末粒径为1μm～8μm。
进一步的，所述碳化物添加剂粉末包括碳化钨粉和碳化钼粉，所述碳化物添加剂粉末还包括碳化铌粉与碳化钽粉中的至少一种；所述碳化钨粉、碳化钼粉、碳化铌粉、碳化钽粉间重量比为(5～30)：(4～15)：(0～5)：(0～5)。
进一步的，所述金属粘结相粉末包括钴粉和镍粉，且钴粉和镍粉的重量比为(0.5～1.2)：1。
进一步的，所述金属粘结相基体包括钴粉、镍粉和ⅧB铂族过渡金属元素粉末；所述金属粘结相基体中，所述钴粉、镍粉和ⅧB铂族过渡金属元素粉末的重量比为1：1：(0.05～0.3)。
进一步的，所述ⅧB铂族过渡金属元素粉末为钌粉、铑粉、钯粉、锇粉、铱粉、铂粉中的任意一种或几种。
进一步的，所述ⅧB铂族过渡金属元素粉末粒径为5μm～20μm。
本发明提供的挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料的制备方法，包括下述步骤：
(1)按配比准备制备硬质颗粒的组分以及金属粘结相基体；
(2)制备硬质颗粒：
将制备硬质颗粒的组分倒入球磨罐中，同时加入碳源、成型剂及球磨介质进行湿磨，球磨后得混合料；接着将混合料干燥后造粒，得到颗粒；继续将得到的颗粒进行脱脂预烧结，得到硬质颗粒；
其中，所述碳源为石墨或炭黑，其加入量为制备硬质颗粒组分总重量的0.1～1％，额外添加的碳源主要为了脱氧及补碳，根据不同工况加入不同的碳量，同时作为碳源无定形态的炭黑具有更高的反应活性；所述成型剂为石蜡，其加入量为制备硬质颗粒组分总重量的3～6％；
(3)将步骤(2)制备的硬质颗粒与金属粘结相基体混合均匀，得混合物；
(4)将步骤(3)制备的混合物压制得到冷压坯；
(5)将步骤(4)制备的冷压坯在真空或惰性气体气氛进行烧结，在1400℃～1500℃保温1h～3h，随炉冷却后得挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料。
进一步的，所述步骤(2)中，加入的球磨介质为酒精，球磨时间为40h～70h。
进一步的，所述步骤(2)中，造粒采用的方法为擦筛造粒或喷雾造粒。
进一步的，所述步骤(2)中，造粒后得到颗粒的粒径范围为30μm～200μm。
进一步的，所述步骤(2)中，造粒后得到颗粒的粒径范围为50μm～150μm。在造粒中，造粒粒子过小会导致烧结过程中粘结相过度深入硬质颗粒，无法得到出色的耐磨性，造粒粒子过大会导致粘结相无法在小尺度上均匀分布，材料韧性变差。
进一步的，所述步骤(2)中，脱脂预烧结是采用真空脱脂或载气脱脂，所述载气脱脂采用的气氛为氮气或氩气，脱脂预烧结是在烧结温度为700℃～900℃保温1～2h。脱脂预烧结温度的控制是为了硬质颗粒在有一定颗粒强度的同时不影响后续压制，脱脂预烧结温度过高会导致颗粒强度高，压制性能差，脱脂预烧结温度过低会导致颗粒强度低，后续混合中散开。
进一步的，所述步骤(3)中，将硬质颗粒与金属粘结相基体混合均匀通过V型混料机混合，在混合时，通入惰性保护气氛，惰性保护气氛采用氩气或氮气，混合时间为12h～48h。V型混料机混合为无破碎混合方式。
进一步的，所述步骤(4)中，冷压坯的压制方式为模压或冷等静压，压制压力为120MPa～250MPa。
进一步的，所述步骤(4)中，冷压坯的压制方式为冷等静压，压制压力为180～150MPa。在冷等静压中，压坯各个方向收缩较为均匀，硬质颗粒仍然保持类球形形状，而采用模压，由于水平方向上变形量较小，硬质颗粒被压扁材料存在取向性，材料性能也各不相同，所以优选冷等静压方式。
进一步的，所述步骤(5)中，在烧结过程中，采用真空气氛时，气压为0.001Pa～0.1Pa；采用惰性气体气氛时，惰性气体为氮气，气压为20～300Pa。
本发明提供的挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料及制备方法，制备得到一种通过粘结相强化技术制备的热挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料改变传统金属陶瓷均质设计理念，不同于传统金属陶瓷均质的特性，先制备百微米级的均质金属陶瓷硬质颗粒，再通过纯金属粘结相将预烧结硬质颗粒粘连，硬质颗粒间有较大尺度的金属粘结相基体存在，能够有效吸收裂纹扩展中的能量，大大提高材料韧性；另外，同样重要的是，通过Ⅷ族过渡金属元素添加在金属粘结相基体中对其固溶强化，大大增加硬质颗粒与大尺度金属粘结相基体的强度及韧性，进一步提高材料韧性及高温性能，最终在保持一定的硬度(HRA89～92)及耐磨性的同时，大大提高了金属陶瓷材料的高温性能以及热震性，拓宽了金属陶瓷材料应用范围，也提高了热挤压模具寿命，间接提高了加工效率降低的加工成本。
基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：
(1)本发明提供的挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料及制备方法，制备出的挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料具有独特的全新组织结构，主要由百微米级大颗粒耐磨硬质颗粒及大尺度金属粘结相基体组成；由于硬质颗粒中的金属粘结相粉末与大尺度金属粘结相基体的成分类似，在烧结过程中由于浓度差，金属粘结相基体会向硬质颗粒中扩散，因此大尺度金属粘结相基体与硬质颗粒间有着出色的结合强度，可以保证应用过程中的稳定性；并且，大尺度的金属粘结相基体的存在能够有效吸收裂纹扩展能量，抑制裂纹扩展，而硬质颗粒能够提供出色的耐磨性；由于这种结构的存在，制备的挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料在保证耐磨性的同时，能够抑制裂纹扩展，有效的提高了材料的韧性及热震性；
(2)本发明提供的挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料及制备方法，制备出的挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料通过全新的组织结构及Ⅷ族过渡金属元素强化粘结相的共同作用下提高了材料韧性及热震性，同时保持了金属陶瓷独特的硬度及耐磨性，是一种为热挤压工况设计的金属陶瓷材料，相对于目前的热挤压模具材料而言，该挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料具有耐磨性好、高温硬度高、摩擦系数低的优点，能够有效延长挤压模模具的使用寿命，提高加工效率降低加工成本；另一方面，Ⅷ族过渡金属元素的加入还能够改善粘结相与硬质相间的润湿性，提高界面强度，改良的材料韧性。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
一、实施例和对比例
在实施例1～实施例9中制备挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料，在对比例1～3中制备金属陶瓷材料：
1、主料：
制备硬质颗粒的组分表(以重量百分比计)如下述表1所示；金属粘结相基体(以重量份计)的组成如下述表2所示；制备挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料以及制备金属陶瓷材料的主料表(以重量百分比计)如下述表3所示：
表1实施例及对比例制备硬质颗粒的组分表(以重量百分比计)
表2实施例及对比例金属粘结相基体的组分表(以重量份计)
表3实施例及对比例主料表(以重量百分比计)
主料粉末粒度说明：
硬质颗粒中：碳氮化钛粉末粒径为0.5μm～4μm，金属粘结相粉末粒径为3μm～10μm，碳化物添加剂粉末粒径为1μm～8μm；
金属粘结相基体中：ⅧB铂族过渡金属元素粉末粒径为5μm～20μm；钴粉粒径为3μm～10μm；镍粉粒径为3μm～10μm。
2、制备方法：
实施例1：
制备挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料，制备步骤为：
(1)按配比准备制备硬质颗粒的组分以及金属粘结相基体；
(2)制备硬质颗粒：
①将制备硬质颗粒的组分倒入球磨罐中，同时加入碳源、成型剂及球磨介质进行湿磨50h，球磨的球料比为6：1，球磨后得混合料；
②接着将混合料干燥后造粒，得到颗粒；
造粒采用的方法为喷雾干燥制粒，喷雾前制备浆料，制备料浆的固体和液体的重量比为55：50(制备料浆：固体为步骤①中球磨后得到的混合料；液体为酒精)，进塔温度为210℃，出塔温度为90℃；造粒后得到颗粒的粒径范围为50μm～100μm；
③继续将得到的颗粒进行脱脂预烧结，得到硬质颗粒；
脱脂预烧结是采用真空脱脂，脱脂预烧结是在烧结温度为900℃保温1.5h。
其中，所述碳源为炭黑，其加入量为制备硬质颗粒组分总重量的0.6％；所述成型剂为石蜡，其加入量为制备硬质颗粒组分总重量的5％；所述球磨介质为酒精；
(3)将步骤(2)制备的硬质颗粒与金属粘结相基体通过V型混料机混合均匀，在混合时，通入惰性保护气氛，惰性保护气氛采用氮气，混合时间为12h，得混合物；
(4)将步骤(3)制备的混合物压制得到冷压坯；
冷压坯的压制方式为冷等静压，压制压力为200MPa；
(5)将步骤(4)制备的冷压坯在真空气氛进行烧结，在气压为0.01Pa、烧结温度为1450℃保温2h，随炉冷却后得挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料。
实施例2：
制备挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料，制备步骤为：
(1)按配比准备制备硬质颗粒的组分以及金属粘结相基体；
(2)制备硬质颗粒：
①将制备硬质颗粒的组分倒入球磨罐中，同时加入碳源、成型剂及球磨介质进行湿磨60h，球磨的球料比为8：1，球磨后得混合料；
②接着将混合料干燥后造粒，得到颗粒；
造粒采用的方法为喷雾干燥造粒，喷雾前制备浆料，制备料浆的固体和液体的重量比为30：70(制备料浆：固体为步骤①中球磨后得到的混合料；液体为酒精)，进塔温度为220℃，出塔温度为100℃；造粒后得到颗粒的粒径范围为80μm～150μm；
③继续将得到的颗粒进行脱脂预烧结，得到硬质颗粒；
脱脂预烧结是采用真空脱脂，脱脂预烧结是在烧结温度为850℃保温2h；
其中，所述碳源为炭黑，其加入量为制备硬质颗粒组分总重量的0.8％；所述成型剂为石蜡，其加入量为制备硬质颗粒组分总重量的4％；所述球磨介质为酒精；
(3)将步骤(2)制备的硬质颗粒与金属粘结相基体通过V型混料机混合均匀，在混合时，通入惰性保护气氛，惰性保护气氛采用氩气，混合时间为12h，得混合物；
(4)将步骤(3)制备的混合物压制得到冷压坯；
冷压坯的压制方式为冷等静压，压制压力为200MPa。
(5)将步骤(4)制备的冷压坯在真空气氛进行烧结，在气压为0.1Pa、烧结温度为1440℃保温2h，随炉冷却后得挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料。
实施例3：
制备挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料，制备步骤为：
(1)按配比准备制备硬质颗粒的组分以及金属粘结相基体；
(2)制备硬质颗粒：
①将制备硬质颗粒的组分倒入球磨罐中，同时加入碳源、成型剂及球磨介质进行湿磨55h，球磨的球料比为8：1，球磨后得混合料；
②接着将混合料干燥后造粒，得到颗粒；
造粒采用的方法为喷雾干燥造粒，喷雾前制备浆料，制备料浆的固体和液体的重量比为70：30(制备料浆：固体为步骤①中球磨后得到的混合料；液体为酒精)，进塔温度为200℃，出塔温度为80℃；造粒后得到颗粒的粒径范围为50μm～100μm；
③继续将得到的颗粒进行脱脂预烧结，得到硬质颗粒；
脱脂预烧结是采用真空脱脂，脱脂预烧结是在烧结温度为880℃保温2h；
其中，所述碳源为炭黑，其加入量为制备硬质颗粒组分总重量的0.7％；所述成型剂为石蜡，其加入量为制备硬质颗粒组分总重量的5％；所述球磨介质为酒精；
(3)将步骤(2)制备的硬质颗粒与金属粘结相基体通过V型混料机混合均匀，在混合时，通入惰性保护气氛，惰性保护气氛采用氮气，混合时间为12h，得混合物；
(4)将步骤(3)制备的混合物压制得到冷压坯；
冷压坯的压制方式为冷等静压，压制压力为180MPa。
(5)将步骤(4)制备的冷压坯在真空气氛进行烧结，在气压为0.05Pa、烧结温度为1450℃保温2h，随炉冷却后得挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料。
实施例4：
制备挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料，制备步骤为：
(1)按配比准备制备硬质颗粒的组分以及金属粘结相基体；
(2)制备硬质颗粒：
①将制备硬质颗粒的组分倒入球磨罐中，同时加入碳源、成型剂及球磨介质进行湿磨45h，球磨的球料比为7：1，球磨后得混合料；
②接着将混合料干燥后造粒，得到颗粒；
造粒采用的方法为喷雾干燥造粒，喷雾前制备浆料，制备料浆的固体和液体的重量比为40：60(制备料浆：固体为步骤①中球磨后得到的混合料；液体为酒精)，进塔温度为205℃，出塔温度为85℃；造粒后得到颗粒的粒径范围为80μm～150μm；
③继续将得到的颗粒进行脱脂预烧结，得到硬质颗粒；
脱脂预烧结是采用真空脱脂或载气脱脂，所述载气脱脂采用的气氛为氮气或氩气，脱脂预烧结是在烧结温度为880℃保温1.5h。
其中，所述碳源为炭黑，其加入量为制备硬质颗粒组分总重量的0.4％；所述成型剂为石蜡，其加入量为制备硬质颗粒组分总重量的4％；所述球磨介质为酒精；
(3)将步骤(2)制备的硬质颗粒与金属粘结相基体通过V型混料机混合均匀，在混合时，通入惰性保护气氛，惰性保护气氛采用氩气，混合时间为12h，得混合物；
(4)将步骤(3)制备的混合物压制得到冷压坯；
冷压坯的压制方式为冷等静压，压制压力为200MPa。
(5)将步骤(4)制备的冷压坯在真空气氛进行烧结，在气压为0.001Pa、烧结温度为1450℃保温2h，随炉冷却后得挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料。
实施例5：
制备挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料，制备步骤为：
(1)按配比准备制备硬质颗粒的组分以及金属粘结相基体；
(2)制备硬质颗粒：
①将制备硬质颗粒的组分倒入球磨罐中，同时加入碳源、成型剂及球磨介质进行湿磨40h，球磨的球料比为6：1，球磨后得混合料；
②接着将混合料干燥后造粒，得到颗粒；
将混合料干燥后得到干燥的混合粉末；
造粒采用的方法为擦筛造粒，具体为：在干燥的混合粉末中按比例加入酒精混合均匀，比例为100g混合粉末：15mL酒精；混合均匀后得到有一定粘度的粉末混合物，通过过筛得到80目-100目粉末颗粒；造粒后得到颗粒的粒径范围为150μm～180μm；
③继续将得到的颗粒进行脱脂预烧结，得到硬质颗粒；
脱脂预烧结是采用真空脱脂或载气脱脂，所述载气脱脂采用的气氛为氮气或氩气，脱脂预烧结是在烧结温度为700℃保温2h。
其中，所述碳源为石墨，其加入量为制备硬质颗粒组分总重量的1％；所述成型剂为石蜡，其加入量为制备硬质颗粒组分总重量的6％；所述球磨介质为酒精；
(3)将步骤(2)制备的硬质颗粒与金属粘结相基体通过V型混料机混合均匀，在混合时，通入惰性保护气氛，惰性保护气氛采用氮气，混合时间为36h，得混合物；
(4)将步骤(3)制备的混合物压制得到冷压坯；
冷压坯的压制方式为模压，压制压力为250MPa；
(5)将步骤(4)制备的冷压坯在氮气气氛进行烧结，在气压为300Pa、烧结温度为1500℃保温1h，随炉冷却后得挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料。
实施例6：
制备挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料，制备步骤为：
(1)按配比准备制备硬质颗粒的组分以及金属粘结相基体；
(2)制备硬质颗粒：
①将制备硬质颗粒的组分倒入球磨罐中，同时加入碳源、成型剂及球磨介质进行湿磨70h，球磨的球料比为8：1，球磨后得混合料；
②接着将混合料干燥后造粒，得到颗粒；
将混合料干燥后得到干燥的混合粉末；
造粒采用的方法为擦筛造粒，具体为：在干燥的混合粉末中按比例加入酒精混合均匀，比例为100g粉末:20mL酒精；混合均匀后得到有一定粘度的粉末混合物，通过过筛得到50目-100目粉末颗粒；造粒后得到颗粒的粒径范围为100μm～150μm；
③继续将得到的颗粒进行脱脂预烧结，得到硬质颗粒；
脱脂预烧结是采用真空脱脂或载气脱脂，所述载气脱脂采用的气氛为氮气或氩气，脱脂预烧结是在烧结温度为900℃保温1h。
其中，所述碳源为石墨，其加入量为制备硬质颗粒组分总重量的0.1％；所述成型剂为石蜡，其加入量为制备硬质颗粒组分总重量的3％；所述球磨介质为酒精；
(3)将步骤(2)制备的硬质颗粒与金属粘结相基体通过V型混料机混合均匀，在混合时，通入惰性保护气氛，惰性保护气氛采用氩气，混合时间为48h，得混合物；
(4)将步骤(3)制备的混合物压制得到冷压坯；
冷压坯的压制方式为模压，压制压力为120MPa；
(5)将步骤(4)制备的冷压坯在氮气气氛进行烧结，在气压为20Pa、烧结温度为1400℃保温3h，随炉冷却后得挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料。
实施例7：
制备挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料，制备步骤为：
(1)按配比准备制备硬质颗粒的组分以及金属粘结相基体；
(2)制备硬质颗粒：
①将制备硬质颗粒的组分倒入球磨罐中，同时加入碳源、成型剂及球磨介质进行湿磨55h，球磨的球料比为6：1，球磨后得混合料；
②接着将混合料干燥后造粒，得到颗粒；
造粒采用的方法为喷雾干燥造粒，喷雾前制备浆料，制备料浆的固体和液体的重量比为50：50(制备料浆：固体为步骤①中球磨后得到的混合料；液体为酒精)，进塔温度为215℃，出塔温度为95℃；造粒后得到颗粒的粒径范围为50μm～100μm；
③继续将得到的颗粒进行脱脂预烧结，得到硬质颗粒；
脱脂预烧结是采用真空脱脂或载气脱脂，所述载气脱脂采用的气氛为氮气或氩气，脱脂预烧结是在烧结温度为800℃保温1.5h。
其中，所述碳源为炭黑，其加入量为制备硬质颗粒组分总重量的0.5％；所述成型剂为石蜡，其加入量为制备硬质颗粒组分总重量的4.5％；所述球磨介质为酒精；
(3)将步骤(2)制备的硬质颗粒与金属粘结相基体通过V型混料机混合均匀，在混合时，通入惰性保护气氛，惰性保护气氛采用氩气，混合时间为24h，得混合物；
(4)将步骤(3)制备的混合物压制得到冷压坯；
冷压坯的压制方式为冷等静压，压制压力为200MPa。
(5)将步骤(4)制备的冷压坯在氮气气氛进行烧结，在气压为150Pa、烧结温度为1450℃保温2h，随炉冷却后得挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料。
实施例8和实施例9：
制备挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料，制备步骤均同实施例1。
对比例1：
制备步骤同实施例1，制得金属陶瓷材料。
对比例2：
制备步骤同实施例1，制得金属陶瓷材料。
对比例3：
与实施例1制备步骤不同的是：在步骤(2)②中，造粒后得到颗粒的粒径范围为200μm～3000μm；
其余同实施例1，制得金属陶瓷材料。
三、性能检测：
将实施例1～实施例9制备的挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料以及对比例1～对比例3中制备的金属陶瓷材料进行性能检测，硬度、抗弯强度、断裂韧性测按标准(GB/T3849.1-2015、GB/T 3851-2015、JBT 12616-2016)进行；高温硬度通过高温唯氏硬度计测试；抗热震性通过常用的500℃水淬10次后检测残余抗弯强度(MPa)进行对比，检测结果如下表4所示：
表4检测结果
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料，其特征在于：其制备包括下述重量百分比的主料：硬质颗粒70%～95%，金属粘结相基体5%～30%；硬质颗粒和金属粘结相基体的重量百分比之和为100%；其中，
所述硬质颗粒包括碳氮化钛粉末、金属粘结相粉末和碳化物添加剂粉末；所述碳氮化钛粉末、金属粘结相粉末和碳化物添加剂粉末的重量比为（60～80）：（6～12）：（10～30）；
所述碳化物添加剂粉末包括碳化钨粉和碳化钼粉，所述碳化物添加剂粉末还包括碳化铌粉与碳化钽粉中的至少一种；所述碳化钨粉、碳化钼粉、碳化铌粉、碳化钽粉间重量比为(5～30)：(4～15)：(0～5)：(0～5)；
所述金属粘结相粉末包括钴粉和镍粉，且钴粉和镍粉的重量比为（0.5～1.2）：1；
所述金属粘结相基体包括钴粉、镍粉和ⅧB铂族过渡金属元素粉末；所述金属粘结相基体中，所述钴粉、镍粉和ⅧB铂族过渡金属元素粉末的重量比为1：1：（0.05～0.3）；
其制备包括下述步骤：
（1）按配比准备制备硬质颗粒的组分以及金属粘结相基体；
（2）制备硬质颗粒：
将制备硬质颗粒的组分倒入球磨罐中，同时加入碳源、成型剂及球磨介质进行湿磨，球磨后得混合料；接着将混合料干燥后造粒，得到颗粒；继续将得到的颗粒进行脱脂预烧结，得到硬质颗粒；
其中，所述碳源为石墨或炭黑，其加入量为制备硬质颗粒组分总重量的0.1～1%；所述成型剂为石蜡，其加入量为制备硬质颗粒组分总重量的3～6%；
（3）将步骤（2）制备的硬质颗粒与金属粘结相基体混合均匀，得混合物；
（4）将步骤（3）制备的混合物压制得到冷压坯；
（5）将步骤（4）制备的冷压坯在真空或惰性气体气氛进行烧结，在1400℃～1500℃保温1h～3h，随炉冷却后得挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料。
2.根据权利要求1所述的挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料，其特征在于：各主料的重量百分比分别为：硬质颗粒80%～90%，金属粘结相基体10%～20%；硬质颗粒和金属粘结相基体的重量百分比之和为100%。
3.根据权利要求2所述的挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料，其特征在于：各主料的重量百分比分别为：硬质颗粒85%，金属粘结相基体15%。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：
（1）按配比准备制备硬质颗粒的组分以及金属粘结相基体；
（2）制备硬质颗粒：
将制备硬质颗粒的组分倒入球磨罐中，同时加入碳源、成型剂及球磨介质进行湿磨，球磨后得混合料；接着将混合料干燥后造粒，得到颗粒；继续将得到的颗粒进行脱脂预烧结，得到硬质颗粒；
其中，所述碳源为石墨或炭黑，其加入量为制备硬质颗粒组分总重量的0.1～1%；所述成型剂为石蜡，其加入量为制备硬质颗粒组分总重量的3～6%；
（3）将步骤（2）制备的硬质颗粒与金属粘结相基体混合均匀，得混合物；
（4）将步骤（3）制备的混合物压制得到冷压坯；
（5）将步骤（4）制备的冷压坯在真空或惰性气体气氛进行烧结，在1400℃～1500℃保温1h～3h，随炉冷却后得挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料。
5.根据权利要求4所述的挤压模用碳氮化钛金属陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，造粒后得到颗粒的粒径范围为30μm～200μm；脱脂预烧结是采用真空脱脂或载气脱脂，所述载气脱脂采用的气氛为氮气或氩气，脱脂预烧结是在烧结温度为700℃～900℃保温1～2h。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Denomination of invention: A carbon nitride titanium metal ceramic material and preparation method for extrusion molds Granted publication date: 20210629 Pledgee: Bank of Shanghai Limited by Share Ltd. Chengdu branch Pledgor: CHENGDU MET-CERAMICS ADVANCED MATERIALS Co.,Ltd. Registration number: Y2024510000130 |