專利名稱：：一種以水為介質(zhì)的碳氮化鈦基金屬陶瓷的混料方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于碳氮化鈦基金屬陶瓷制備領(lǐng)域，具體涉及一種碳氮化鈦基金屬陶瓷混料方法。
背景技術(shù)：
：混料是金屬陶瓷制備過(guò)程的必不可少工序，其目的是為了使各組分粉末混合均勻。在Ti(C，N)基金屬陶瓷制備過(guò)程中采用濕法混料，在混料過(guò)程中加入無(wú)水乙醇、丙酮等有機(jī)溶劑液體介質(zhì)。對(duì)混料介質(zhì)的要求是不與粉末發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，無(wú)毒性，來(lái)源廣泛且成本低廉，低沸點(diǎn)易揮發(fā)等。目前，以水替代無(wú)水乙醇或丙酮作為混料介質(zhì)制備WC-Co硬質(zhì)合金已得到初步應(yīng)用。而Ti(C，N)基金屬陶瓷由于成分復(fù)雜，各組分粉末水解性質(zhì)各異，尚未見(jiàn)將水作為混料介質(zhì)應(yīng)用的報(bào)道。另外，為了得到細(xì)晶粒Ti(C，N)基金屬陶瓷，所用原料粉末的粒徑越來(lái)越小。由于粉末粒徑減小增大了其表面能，粉末顆粒之間容易發(fā)生團(tuán)聚。一旦形成團(tuán)聚體，將對(duì)壓制成型、燒結(jié)過(guò)程帶來(lái)不良影響，從而導(dǎo)致產(chǎn)品性能下降。因此，要獲得高性能Ti(C，N)基金屬陶瓷，必須克服粉末顆粒的團(tuán)聚問(wèn)題。目前，克服團(tuán)聚的有效途徑之一是將粉末分散在介質(zhì)中，通過(guò)調(diào)節(jié)體系的pH、加入分散劑，并施以超聲波或其它機(jī)械方法，使其在分散介質(zhì)中高度分散。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是要提供加入一種用水替代目前普遍使用的無(wú)水乙醇為混料介質(zhì)，通過(guò)加入聚乙烯亞胺作為分散劑，并通過(guò)調(diào)節(jié)pH值等工藝措施進(jìn)行碳氮化鈦基金屬陶瓷混料的方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種以水為介質(zhì)的碳氮化鈦基金屬陶瓷的混料方法，將粉末原料按下述重量百分比稱取并置入球磨罐中TiC2040;TiN515;Mo017;WC020;Ni2036;C1.02.2，加入硬質(zhì)合金球和水后，再加入粉末原料質(zhì)量的0.11.OX的分散劑聚乙烯亞胺，調(diào)節(jié)料漿pH值在911之間，在球磨機(jī)上進(jìn)行球磨混料，球磨后所得料漿，完成混料作業(yè)。硬質(zhì)合金球加入量與所加入的原料的質(zhì)量比為48:l，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為150250轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間為2448小時(shí)。水的加入量是剛淹沒(méi)過(guò)硬質(zhì)合金球和原料。用于調(diào)節(jié)料漿pH值的是氨水。本發(fā)明提供的碳氮化鈦基金屬陶瓷混料方法，采用水為混料介質(zhì)制備Ti(C，N)基金屬陶瓷，可有效節(jié)約能源，降低制造成本。聚乙烯亞胺(PEI)為水溶性聚合物，可很好地溶于水為混料介質(zhì)的料漿中。作為分散劑，聚乙烯亞胺(PEI)主要是利用其在固液界面上的吸附作用，形成一吸附層來(lái)阻礙顆粒間的相互接觸，改善體系的分散性，使燒結(jié)體的顯微組織細(xì)小、均勻；在壓制過(guò)程中，PEI包覆在粉末顆粒表面，起到了潤(rùn)滑劑和成型劑的作用，改善壓坯密度分布的不均勻性，減輕燒結(jié)體變形，提高制備的Ti(C，N)基金屬陶瓷的機(jī)械性能。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是Ti(C，N)基金屬陶瓷混合粉末的沉降照片。圖2是Ti(C，N)基金屬陶瓷混合粉末的沉降曲線。圖3是添加PEI和未添加PEI制備的Ti(C，N)基金屬陶瓷的燒結(jié)變形情況，左側(cè)為添加PEI的試樣；右側(cè)為未添加PEI的試樣。圖4是添加PEI和未添加PEI制備的Ti(C，N)基金屬陶瓷的掃描電子顯微鏡背散射模式成像的顯微組織照片。圖5是未添加PEI制備的Ti(C，N)基金屬陶瓷的掃描電子顯微鏡背散射模式成像的顯微組織照片。具體實(shí)施例方式實(shí)例1:按照表1配制lOg金屬陶瓷混合粉末，加入20mL水，再加入粉末原料的0.386wt^的聚乙烯亞胺(PEI)，用氨水調(diào)節(jié)pH至10.25。將配置好的料漿放入超聲波生化儀中振蕩20min，然后迅速倒入25ml量筒內(nèi)，進(jìn)行沉降觀察。通過(guò)觀察料漿的沉降情況來(lái)定性地評(píng)定分散性的好壞，沉降現(xiàn)象不明顯，分散性越好，料漿穩(wěn)定；反之，則料漿不穩(wěn)定。表ITi(C，N)基金屬陶瓷各組分粉末的含量及粒徑<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>圖1是放置26h后，添加PEI和未添加PEI的Ti(C，N)基金屬陶瓷混合粉末在水中的沉降照片。從圖中可以看出，PEI能夠明顯地改善料漿的分散性。添加了PEI的料漿放置26h后，整體外觀仍表現(xiàn)為深黑色懸濁體，分散性好；未加PEI的料漿，發(fā)生了明顯的沉降，外觀表現(xiàn)為透明液體，分散性差。圖2為添加PEI和未添加PEI的Ti(C，N)基金屬陶瓷混合粉末在水中的沉降體積曲線。未添加PEI的料漿沉降快且沉降量大，添加PEI的料漿沉降慢，且沉降量小，說(shuō)明PEI有效提高了料漿的分散穩(wěn)定性。實(shí)例2:將實(shí)例1混料條件用于Ti(C，N)基金屬陶瓷的制備。制備過(guò)程如下按照表1配制總量為2Kg的金屬陶瓷混合粉末進(jìn)行球磨，以水為球磨介質(zhì)，添加混合粉末的O.335wt^聚乙烯亞胺(PEI)，用氨水調(diào)節(jié)pH至lO.31，球料比為5:l，轉(zhuǎn)速為200r/min，球磨時(shí)間36h。球磨后的料槳經(jīng)干燥、研磨后，在200MPa的壓制力下壓制成型，隨后經(jīng)脫脂、燒結(jié)成Ti(C，N)基金屬陶瓷。表2是添加PEI和未添加PEI混料粉末所測(cè)得的壓坯密度。在實(shí)例1和實(shí)例2混料條件下添加PEI形成壓坯的密度增加了約3.2%。可見(jiàn)PEI有利于壓制成型。表2Ti(C，N)基金屬陶瓷樣坯的密度<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>圖3為添加PEI和未添加PEI制備的Ti(C，N)基金屬陶瓷的燒結(jié)變形情況，添加PEI可有效降低試樣的燒結(jié)變形。表3列出了添加分散劑PEI和未添加分散劑PEI制備的Ti(C，N)基金屬陶瓷的抗彎強(qiáng)度。抗彎強(qiáng)度的測(cè)定遵循GB3851-83。添加PEI后，粉末分散性得到較大的改善，壓坯密度提高，燒結(jié)出的試樣其抗彎強(qiáng)度明顯高于未添加PEI的試樣，增幅約為19.2%。表3Ti(C，N)基金屬陶瓷的抗彎強(qiáng)度<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>圖4和圖5分別為添加PEI和未添加PEI(b)試樣的掃描電子顯微鏡背散射模式成像的顯微組織照片。用截線法測(cè)得添加PEI制備的Ti(C，N)基金屬陶瓷硬質(zhì)相平均晶粒尺寸為1.07m，未添加PEI制備的Ti(C，N)基金屬陶瓷硬質(zhì)相平均晶粒尺寸為1.60ym。添加PEI制備的Ti(C，N)基金屬陶瓷的組織比未添加PEI的燒結(jié)制品組織均勻、細(xì)小。可見(jiàn)PEI有效地改善了混合粉末分散性。權(quán)利要求一種以水為介質(zhì)的碳氮化鈦基金屬陶瓷的混料方法，其特征在于將粉末原料按下述重量百分比稱取并置入球磨罐中TiC20～40；TiN5～15；Mo0～17；WC0～20；Ni20～36；C1.0～2.2，加入硬質(zhì)合金球和水后，再加入粉末原料質(zhì)量的0.1～1.0％的分散劑聚乙烯亞胺，調(diào)節(jié)料漿pH值在9～11之間，在球磨機(jī)上進(jìn)行球磨混料，球磨后所得料漿，完成混料作業(yè)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以水為介質(zhì)的碳氮化鈦基金屬陶瓷的混料方法，其特征在于硬質(zhì)合金球加入量與所加入的原料的質(zhì)量比為48:l，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為150250轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間為2448小時(shí)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以水為介質(zhì)的碳氮化鈦基金屬陶瓷的混料方法，其特征在于水的加入量是剛淹沒(méi)過(guò)硬質(zhì)合金球和原料。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以水為介質(zhì)的碳氮化鈦基金屬陶瓷的混料方法，其特征在于用于調(diào)節(jié)料漿PH值的是氨水。全文摘要一種以水為介質(zhì)的碳氮化鈦基金屬陶瓷的混料方法，用水替代目前普遍使用的無(wú)水乙醇為混料介質(zhì)，通過(guò)加入聚乙烯亞胺作為分散劑，輔以pH值的調(diào)節(jié)，完成金屬陶瓷粉末的混料過(guò)程。采用水為混料介質(zhì)制備Ti(C，N)基金屬陶瓷，可有效節(jié)約能源，降低制造成本。聚乙烯亞胺為水溶性聚合物，可很好地溶于水為混料介質(zhì)的料漿中。作為分散劑，聚乙烯亞胺主要是利用其在固-液界面上的吸附作用，形成吸附層來(lái)阻礙顆粒間的相互接觸，從而改善體系的分散性，使燒結(jié)體的顯微組織細(xì)小、均勻；在壓制過(guò)程中，聚乙烯亞胺包覆在粉末顆粒的表面，起到了潤(rùn)滑劑和成型劑的作用，改善了壓坯密度分布的不均勻性，減輕燒結(jié)體變形，提高燒結(jié)體的機(jī)械性能。文檔編號(hào)C22C1/05GK101787478SQ20101010222公開(kāi)日2010年7月28日申請(qǐng)日期2010年1月26日優(yōu)先權(quán)日2010年1月26日發(fā)明者豐平,張曉明,李曉賀,趙玉玲申請(qǐng)人:三峽大學(xué)