專利名稱：TiC/Ti(C,N)-Mo-Ni/Co復合粉末及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發明屬于粉末冶金領域，尤其涉及一種可用于制備金屬陶瓷的復合粉末及其制備方法和應用。
背景技術：
Ti (C, N)基金屬陶瓷在高速切削條件下具有較高的紅硬性、耐磨性、耐熱性及抗月牙洼磨損能力，因而受到廣泛關注。在日本，近年來Ti (C，N)基金屬陶瓷刀具已占可轉位刀片的30%以上。Ti (C, N)基金屬陶瓷最基本的成分包括Ti (C, N)(或TiC+TiN)、Ni、Co和Mo (或 Mo2C),其中Mo或Mo2C是TiC、Ti (C, N)基金屬陶瓷不可或缺的成分，在進行金屬陶瓷的成分設計時，人們還可能根據不同的性能需要加入不同的添加劑。在金屬陶瓷的發展史上， Mo (或Mo2C)的引入是一項重大技術突破，它使得金屬陶瓷的硬質相晶粒周圍出現環形結構，從而改善了粘結相對硬質相的潤濕性，以及硬質相和粘結相的結合強度，提高了金屬陶瓷的性能，此后這種材料才開始進行廣泛的實際應用。人們習慣將TiC基、Ti (C, N)基金屬陶瓷復合材料直接稱為金屬陶瓷，而將傳統的 WC-Co硬質合金復合材料稱為硬質合金。Ti (C，N)基金屬陶瓷的性能在很大程度上取決于其微觀結構。早期的金屬陶瓷的成分為TiC-Mo-Ni，其耐磨性優于WC-Co硬質合金，但強度和韌性卻劣于WC-Co硬質合金，這極大地限制了金屬陶瓷的應用范圍。金屬陶瓷和硬質合金一般采用傳統的濕磨混合的方式制得混合料，而金屬陶瓷合金組織中的內環相是在固相燒結階段形成的，由于固相燒結階段的原子擴散距離短，內環相的分布和厚度就與混合料粉末顆粒的分布與接觸狀態有很大的關系；然而，濕磨這種物理混料方式的限制，硬質相和粘結相很難混合均勻，從而造成內環相分布和厚度的不均勻。 采用包覆型復合粉是一種可以改善合金顯微結構均勻性的技術措施，包覆型復合粉在溶液中完成制備，其往往可以實現分子級的混合，目前，有關硬質合金包覆型復合粉的研究有大量文獻報道，尤其是具有核殼結構的包覆型復合粉的報道較多，而有關TiC基、Ti (C, N)基金屬陶瓷復合粉的研究卻鮮有報道。

發明內容
本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種具有良好的分散性和優異的燒結性能、能有效改善金屬陶瓷中硬質相和粘結相分布的不均勻性、能顯著提高金屬陶瓷性能的TiC/Ti (C，N)-Mo-Ni/Co復合粉末，還提供一種工藝簡單、設備簡單、成本低的該TiC/Ti (C, N)-Mo-Ni/Co復合粉末的制備方法，以及該TiC/Ti (C, N)-Mo-Ni/Co復合粉末在制備金屬陶瓷中的應用。為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為一種TiC/Ti(C，N)-Mo-Ni/Co復合粉末，所述復合粉末為核殼型結構，該核殼型結構的復合粉末是以微米級的TiC和/或 Ti (C, N)粉末為內核，該內核外包覆有納米級金屬粉末組成的外殼，所述金屬粉末為Mo、Ni、Co中的至少兩種組成的預合金粉末。上述的TiC/Ti (C, N) -Mo-Ni/Co復合粉末中，所述金屬Ni和Co在所述復合粉末中的質量分數優選為3% 30%。上述的TiC/Ti (C, N)-Mo-Ni/Co復合粉末中，所述金屬Mo在所述復合粉末中的質量分數優選為1 20%。上述的TiC/Ti (C, N)-Mo-Ni/Co復合粉末中，所述內核的平均粒徑優選為1 μ m 2 μ m ；所述外殼的厚度優選為IOOnm 500nm。作為一個總的技術構思，本發明還提供一種上述的TiC/Ti (C，N)-Mo-Ni/Co復合粉末的制備方法，包括以下工藝步驟
(1)配制鎳/鈷氨配合物溶液將鎳鹽和/或鈷鹽(鎳鹽和鈷鹽可以任意比例混合)與氨水(作為配位劑，濃度優選為1% 60%)混合，并控制混合后金屬離子與NH3 · H2O的摩爾比為1 (6 15)，制成鎳/鈷氨配合物溶液，該溶液為水溶性的，其中溶質的濃度一般控制在 5g/L 100g/L ；
(2)化學沉淀制備前驅體粉末在所述的鎳/鈷氨配合物溶液中添加TiC和/或 Ti (C, N)粉末，添加量按每升溶液添加5 IOOg計，同時添加分散劑，充分攪拌均勻得懸浮液；然后向懸浮液中添加鉬酸銨((NH4)6Mo7O24 · 4H20)，充分攪勻后置于40°C 90°C恒溫水浴中加熱(也可水浴加熱的同時加入0. 5 5倍的去離子水稀釋，使鎳氨配合物溶液的配位平衡向離解方向移動)，攪拌條件下(攪拌速度優選為200r/min 1200r/min)使其充分反應沉淀(沉淀時間優選為Ih 10h)，反應液經過濾、洗滌、干燥(例如可以在80°C 100°C的烘箱中干燥)后制得前驅體粉末；
(3)煅燒還原制備復合粉末將所述前驅體粉末置于500°C 800°C的溫度下充分煅燒使其分解，獲得金屬氧化物復合粉末；再將金屬氧化物復合粉末進行還原反應，還原溫度為700°C 1000°C，還原反應完成后制得TiC/Ti (C, N)-Mo-Ni/Co復合粉末。上述的TiC/Ti (C, N)-Mo-Ni/Co復合粉末的制備方法中，所述鎳鹽優選包括硫酸鎳、氯化鎳、硝酸鎳中的至少一種。所述鎳鹽可以為鎳鹽固體或鎳鹽溶液。上述的TiC/ Ti (C, N)-Mo-Ni/Co復合粉末的制備方法中，所述鈷鹽優選包括硫酸鈷、氯化鈷、硝酸鈷中的至少一種，所述鈷鹽可以為鈷鹽固體或鈷鹽溶液。鎳/鈷鹽溶液可以由鎳/鈷鹽固體與去離子水混合后配制，配制成的溶液中金屬離子的濃度為優選不大于lOmol/L。上述的TiC/Ti (C，N)-Mo-Ni/Co復合粉末的制備方法中，所述分散劑優選為有機胺、有機胺鹽、表面活性劑或鈦酸酯偶聯劑(固體分散劑性劑加入之前一般要先加熱融化)， 所述分散劑的添加量優選為所述鎳/鈷氨配合物溶液質量的0. 3% 8%。上述的TiC/Ti (C，N)-Mo-Ni/Co復合粉末的制備方法中，所述還原反應使用的還原劑優選為氫氣或分解氨，所述氫氣或分解氨的截面流量優選為10 ml/cm2 · min 40ml/ cm2 · min。上述的TiC/Ti (C，N)-Mo-Ni/Co復合粉末的制備方法中，所述煅燒的時間優選為 Ih 4h，所述還原溫度下的保持時間優選為60min 120min。作為一個總的技術構思，本發明還提供一種上述的TiC/Ti (C，N)-Mo-Ni/Co復合粉末在制備TiC/Ti (C，N)基金屬陶瓷中的應用。在制備金屬陶瓷的應用中，除了生產原料的不同外，其余的工藝步驟和工藝參數與現有的金屬陶瓷制備工藝基本相同。
與現有技術相比，本發明的優點在干本發明是在充分分散的TiC/Ti(C，N)陶瓷 顆粒表面均勻包覆預合金粉末，預合金粉末的晶粒度為納米級，且包覆厚度均勻可控，應 用本發明的TiC/Ti(C，N)-Mo-Ni/Co復合粉末制得的金屬陶瓷能有效改善金屬陶瓷中硬 質相和粘結相分布不均勻的問題，具有較好的強韌性，其組織中環形相厚度適中、分布均 勻。本發明的制備方法具有エ藝簡單、設備簡單、成本低等優點，本發明方法制得的TiC/ Ti (C, N) -Mo-Ni/Co復合粉末具有良好的分散性和優異的燒結性能。


圖1為本發明實施例1中原料TiC粉末的顯微電鏡照片。圖2為本發明實施例1中制得的成品TiC-Mo-Ni/Co復合粉末的顯微電鏡照片。圖3為本發明實施例1的TiC-Mo-Ni/Co復合粉末制得的金屬陶瓷合金顯微電鏡 照片。圖4為本發明實施例4中原料Ti (C, N)粉末的顯微電鏡照片。圖5為本發明實施例4中制得的成品Ti (C, N) -Mo-Ni/Co復合粉末的顯微電鏡照 片。圖6為本發明實施例4的Ti (C, N)-Mo-Ni/Co復合粉末制得的金屬陶瓷合金顯微 組織電鏡照片。圖7為本發明實施例4的Ti (C, N)-Mo-Ni/Co復合粉末制得的金屬陶瓷合金斷ロ 形貌電鏡照片。
具體實施例方式以下結合說明書附圖和具體實施例對本發明作進ー步描述。實施例1
一種如圖2所示的本發明TiC-Mo-Ni/Co復合粉末，該復合粉末為核殼型結構，該核殼 型結構的復合粉末是以平均粒徑約為0. Sym的TiC粉末(參見圖1)為內核，該內核外包覆 有納米級金屬粉末組成的外売，外殼的厚度大約為IOOnm 500nm (根據體積比測算得到)。 該金屬粉末為Mo和Ni組成的預合金粉末。其中，金屬Ni在復合粉末中的質量分數為15%， 金屬Mo在所述復合粉末中的質量分數為10%。本實施例的TiC-Mo-Ni/Co復合粉末是通過以下步驟制備得到
1.稱取21. 65g硝酸鎳(Ni (NO3)2 -6H20)于IOOOmL燒瓶中，加入去離子水使其完全溶 解，然后以氨水為配位劑，在攪拌下緩慢向該硝酸鎳溶液中加入過量氨水溶液(220mL，濃度 為15wt.%)，最后合成得到IL鎳氨配合物溶液，反應原理如下所示。開始加入少量氨水時，可以看到綠色沉淀生成 N
權利要求
1.一種TiC/Ti (C, N)-Mo-Ni/Co復合粉末，其特征在于所述復合粉末為核殼型結構， 該核殼型結構的復合粉末是以微米級的TiC和/或Ti (C, N)粉末為內核，該內核外包覆有納米級金屬粉末組成的外殼，所述金屬粉末為Mo、Ni、Co中的至少兩種組成的預合金粉末。
2.根據權利要求1所述的TiC/Ti(C，N)-Mo-Ni/Co復合粉末，其特征在于所述金屬Ni 和Co在所述復合粉末中的質量分數為3% 30%。
3.根據權利要求1或2所述的TiC/Ti(C, N) -Mo-Ni/Co復合粉末，其特征在于所述金屬Mo在所述復合粉末中的質量分數為21 20%。
4.根據權利要求3所述的TiC/Ti(C, N)-Mo-Ni/Co復合粉末，其特征在于所述內核的平均粒徑為0. 5μπι 2μπι ；所述外殼的厚度為IOOnm 500nm。
5.一種如權利要求1 4中任一項所述的TiC/Ti (C, N)-Mo-Ni/Co復合粉末的制備方法，包括以下工藝步驟(1)配制鎳/鈷氨配合物溶液將鎳鹽和/或鈷鹽與氨水混合，并控制混合后金屬離子與NH3 · H2O的摩爾比為1 (6 15)，制成鎳/鈷氨配合物溶液；(2)化學沉淀制備前驅體粉末在所述的鎳/鈷氨配合物溶液中添加TiC和/或 Ti (C, N)粉末，添加量按每升溶液添加5 IOOg計，同時添加分散劑，充分攪拌均勻得懸浮液；然后向懸浮液中添加鉬酸銨，充分攪勻后置于40°C 90°C恒溫水浴中加熱，攪拌條件下使其充分反應沉淀，反應液經過濾、洗滌、干燥后制得前驅體粉末；(3)煅燒還原制備復合粉末將所述前驅體粉末置于500°C 800°C的溫度下充分煅燒使其分解，獲得金屬氧化物復合粉末；再將金屬氧化物復合粉末進行還原反應，還原溫度為700°C 1000°C，還原反應完成后制得TiC/Ti (C, N)-Mo-Ni/Co復合粉末。
6.根據權利要求5所述的TiC/Ti(C, N)-Mo-Ni/Co復合粉末的制備方法，其特征在于 所述鎳鹽包括硫酸鎳、氯化鎳、硝酸鎳中的至少一種，所述鎳鹽為鎳鹽固體或鎳鹽溶液；所述鈷鹽包括硫酸鈷、氯化鈷、硝酸鈷中的至少一種，所述鈷鹽為鈷鹽固體或鈷鹽溶液。
7.根據權利要求5或6所述的TiC/Ti(C, N) -Mo-Ni/Co復合粉末的制備方法，其特征在于所述分散劑為有機胺、有機胺鹽、表面活性劑或鈦酸酯偶聯劑，所述分散劑的添加量為所述鎳/鈷氨配合物溶液質量的0. 3% 8%。
8.根據權利要求5或6所述的TiC/Ti(C, N) -Mo-Ni/Co復合粉末的制備方法，其特征在于所述還原反應使用的還原劑為氫氣或分解氨，所述氫氣或分解氨的截面流量為10 ml/ cm2 · min 40ml/cm2 · min。
9.根據權利要求5或6所述的TiC/Ti(C, N) -Mo-Ni/Co復合粉末的制備方法，其特征在于所述煅燒的時間為Ih 4h，所述還原溫度下的保持時間為60min 120min。
10.一種如權利要求1 4中任一項所述的TiC/Ti (C, N)-Mo-Ni/Co復合粉末在制備 TiC/Ti (C, N)基金屬陶瓷中的應用。
全文摘要
本發明公開一種TiC/Ti(C,N)-Mo-Ni/Co復合粉末，其為核殼型結構，且是以微米級的TiC/Ti(C,N)粉末為內核，該內核外包覆有Mo、Ni、Co中至少兩種組成的預合金粉末形成的外殼。該復合粉末的制備方法包括以下步驟先將鎳鹽和/或鈷鹽與氨水混合制成鎳/鈷氨配合物溶液；然后在溶液中添加TiC和/或Ti(C,N)粉末，并添加分散劑得懸浮液；向懸浮液中添加鉬酸銨，置于恒溫水浴中加熱，使其充分反應沉淀，經過濾、洗滌、干燥后制得前驅體粉末；將前驅體粉末充分煅燒使其分解，獲得金屬氧化物復合粉末；再進行還原反應制得成品。本發明的復合粉末具有良好的分散性和燒結性能，能顯著提高金屬陶瓷性能。
文檔編號C22C29/02GK102294473SQ201110254890
公開日2011年12月28日 申請日期2011年8月31日 優先權日2011年8月31日
發明者伍小波, 周書助, 張曉明, 朱磊, 王社權, 羅成 申請人:株洲鉆石切削刀具股份有限公司