一種低壓滲氮法制備富氮功能梯度金屬陶瓷的方法
【專利摘要】本發明公開了一種低壓滲氮法制備富氮功能梯度金屬陶瓷的方法，本方法所述金屬陶瓷為Ti(C，N)基金屬陶瓷，以Ti(C，N)和/或TiC，TiN為主要硬質相，以Co和/或Ni等鐵族金屬為粘結相。本發明方法是將金屬陶瓷燒結體裝入真空一體爐中，在真空燒結狀態下，以3～7℃/min的升溫速度升至預置的滲氮溫度，所述預置的滲氮溫度為1200～1400℃；當爐體溫度達到預置的滲氮溫度時，采用氮氣分壓燒結工藝進行滲氮，控制分壓壓力為2000～6000Pa，保溫2～6h后，在氮氣氣氛下冷卻，獲得表面富氮功能梯度金屬陶瓷。本發明方法具有投資小，生產成本低，效率高的特點，易于實現工業化轉化。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明涉及金屬陶瓷的制備【技術領域】，特別是涉及一種低壓滲氮法制備富氮功能 梯度金屬陶瓷的方法。 一種低壓滲氮法制備富氮功能梯度金屬陶瓷的方法

【背景技術】
[0002] Ti(C，N)基金屬陶瓷具有較高的硬度，耐磨性，紅硬性，同時具備優異的高溫性能 和化學穩定性。作為刀具基材，金屬陶瓷因其良好的加工性能被廣泛應用于鋼類等材料的 精加工，對比傳統硬質合金刀具，其較高的硬度及化學穩定性使其能夠實現高速加工，提高 加工效率，且被加工工件具有良好的表面光潔度。但是，值得指出得是，金屬陶瓷相對較低 的斷裂韌性極大地限制了它的應用。
[0003] 涂層技術無疑是一種提高金屬陶瓷使用性能的較好手段。但由于刀具基體和涂層 熱膨脹系數的差異，使得涂層在冷卻過程中容易出現裂紋并使裂紋擴展到基體中，從而影 響刀具使用壽命。再加上涂層需增加涂層爐及相應前后處理設備，也增長了刀具的生產流 程，提高了生產成本。
[0004] 為避免涂層帶來的缺陷，一種表面具有富氮梯度層的金屬陶瓷組織被開發出來， 由于富氮梯度是在基體組織上生成，組成成分由表及里呈梯度變化，沒有明顯界面，不存在 界面結合強度和涂層剝落的問題，這樣的合金表現出了優良的使用性能。
[0005] 但，目前為止，文獻報道的用于制備表面富氮功能梯度金屬陶瓷的方法均為高溫 高壓滲氮法，且滲氮時間長l〇h)，以低壓爐或熱等靜壓爐作為滲氮設備，設備投資大， 存在一定的安全隱患，生產效率低，抑制了表面富氮功能梯度金屬陶瓷材料的工業應用。
[0006] 專利CN1603280A提出了一種高溫高壓短時間的方法制備表面硬化的功能梯度金 屬陶瓷，雖然將滲氮時間縮短至了 1?2h，但是其滲氮壓力高達90?130MPa，必須采用熱 等靜壓爐，不僅增加了設備成本，且帶來了高壓操作風險。而專利CN1772701A中則提出可 在O.OSMPa的較低滲氮壓力下實現梯度金屬陶瓷的制備，但根據其專利說明書，滲氮時間 長達24h，生產效率低。另外，也有專利提出，可以通過分層填鋪的方法實現梯度金屬陶瓷的 制備（CN101838766A)，但其制備過程首先需要分別制備各種組成成分的混合料，其次在壓 制過程中需要對混合料進行精細分層填鋪，致使制備過程工藝繁瑣，難以應用于批量生產。


【發明內容】

[0007] 本發明的目的在于克服現有技術之不足，提供一種低壓滲氮法制備富氮功能梯度 金屬陶瓷的方法，是在真空一體爐中，采用低壓滲氮工藝，在控制適當的滲氮溫度下，可在 相對較短滲氮時間內，實現表面富氮梯度金屬陶瓷的制備，本發明方法具有設備投資小，生 產成本低的特點，易于實現表面富氮功能梯度金屬陶瓷材料的工業化生產。
[0008] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種低壓滲氮法制備富氮功能梯度 金屬陶瓷的方法，是將金屬陶瓷燒結體裝入真空一體爐中，在真空燒結狀態下，以3?7°C / min的升溫速度升至預置的滲氮溫度；當爐體溫度達到預置的滲氮溫度時，采用氮氣分壓 燒結工藝進行滲氮，控制分壓壓力為2000?6000Pa，保溫2?6h后，在氮氣氣氛下冷卻，獲 得表面富氮功能梯度金屬陶瓷。
[0009] 所述預置的滲氮溫度為1200?1400°C。
[0010] 進一步的，是在真空燒結狀態下，以5°C /min的升溫速度升至預置的滲氮溫度。
[0011] 所述制備的富氮功能梯度金屬陶瓷，具有由表及里的成分梯度，表面富N，貧Co和 /或Ni等粘結相，同時合金抗彎強度達2200?2500MPa，表面梯度層厚度為5?15 μ m。
[0012] 本發明的一種低壓滲氮法制備富氮功能梯度金屬陶瓷的方法，金屬陶瓷為Ti(C， N)基金屬陶瓷，以Ti (C，N)和/或TiC，TiN為主要硬質相，以Co和/或Ni等鐵族金屬為 粘結相，同時含有一定量其它二類碳化物（含WC，NbC，TaC，M 〇2C，Cr3C2, VC等一種或多種）。 本發明方法首先經配料-濕磨混料-壓制成型-脫脂-真空（或分壓）燒結獲得金屬陶瓷 致密燒結體，然后再將所獲得燒結體置于氮氣氣氛中進行低壓氮化處理，從而獲得表面富 氮功能梯度金屬陶瓷材料。
[0013] 與現有技術相比較，本發明的有益效果是：
[0014] 目前國際上應用于制備表面富氮梯度金屬陶瓷的方法均為高壓高溫滲氮法，且所 用設備均為低壓爐或熱等靜壓爐，設備成本高，生產時間長，無法應用于工業化生產；本發 明在對金屬陶瓷性質研究的基礎上，創造性提出了低壓滲氮法，利用真空一體爐，在氮氣分 壓燒結條件下（分壓壓力設置為2000?6000Pa)，保持適當的滲氮溫度（一般為1200? 1400°C )和時間（2?6h)，可以實現表面富氮梯度金屬陶瓷合金的制備，本發明方法具有投 資小，生產成本低，效率高的特點，易于實現工業化轉化。
[0015] 采用本發明方法制備的梯度金屬陶瓷，表面梯度層厚度可達5?15 μ m，且可實現 梯度層厚度的可控調節；與基體相比，表面梯度層擁有相對較高的硬度。值得指出的是，上 述梯度處理工藝，對材料表面光潔度影響不大，因此本工藝方法可直接用于對精品金屬陶 瓷刀片的處理，獲得的梯度金屬陶瓷刀片無需任何后處理，可直接使用。
[0016] 以下結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明；但本發明的一種低壓滲氮法 制備富氮功能梯度金屬陶瓷的方法不局限于實施例。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是滲氮后金屬陶瓷表層組織結構的照片；
[0018] 圖2是滲氮前金屬陶瓷表層組織結構的照片；
[0019] 圖3是梯度金屬陶瓷的ΕΡΜΑ分析圖。

【具體實施方式】
[0020] 實施例
[0021] 本發明的一種低壓滲氮法制備富氮功能梯度金屬陶瓷的方法，是將金屬陶瓷燒結 體裝入真空一體爐中，在真空燒結狀態下，以一定的升溫速度升至預置的滲氮溫度；當爐體 溫度達到預置的滲氮溫度時，采用氮氣分壓燒結工藝進行滲氮，通過控制分壓壓力和保溫 時間，然后，在氮氣氣氛下冷卻，獲得表面富氮功能梯度金屬陶瓷。
[0022] 所述制備的富氮功能梯度金屬陶瓷，具有由表及里的成分梯度，表面富Ν，貧Co和 /或Ni等粘結相，合金抗彎強度達2200?2500MPa，表面梯度層厚度為5?15 μ m。
[0023] 本發明的一種低壓滲氮法制備富氮功能梯度金屬陶瓷的方法，金屬陶瓷為Ti(C， N)基金屬陶瓷，以Ti (C，N)和/或TiC，TiN為主要硬質相，以Co和/或Ni等鐵族金屬為 粘結相，同時含有一定量的其它二類碳化物（含WC，NbC，TaC，M 〇2C，Cr3C2, VC等一種或多 種）。本發明方法首先經配料-濕磨混料-壓制成型-脫脂-真空（或分壓）燒結獲得金 屬陶瓷致密燒結體，然后再將所獲得燒結體置于氮氣氣氛中進行低壓氮化處理，從而獲得 表面富氮功能梯度金屬陶瓷材料。
[0024] 表1是本發明所用的兩種金屬陶瓷的成分配方，單位為wt%。
[0025] 表 1
[0026]

【權利要求】
1. 一種低壓滲氮法制備富氮功能梯度金屬陶瓷的方法，其特征在于：是將金屬陶瓷燒 結體裝入真空一體爐中，在真空燒結狀態下，以3?7°C /min的升溫速度升至預置的滲氮溫 度；當爐體溫度達到預置的滲氮溫度時，采用氮氣分壓燒結工藝進行滲氮，控制分壓壓力為 2000?6000Pa，保溫2?6h后，在氮氣氣氛下冷卻，獲得表面富氮功能梯度金屬陶瓷。
2. 根據權利要求1所述的低壓滲氮法制備富氮功能梯度金屬陶瓷的方法，其特征在 于：所述預置的滲氮溫度為1200?1400°C。
3. 根據權利要求1或2所述的低壓滲氮法制備富氮功能梯度金屬陶瓷的方法，其特征 在于：進一步的，是在真空燒結狀態下，以5°C /min的升溫速度升至預置的滲氮溫度。
4. 根據權利要求1或2所述的低壓滲氮法制備富氮功能梯度金屬陶瓷的方法，其特征 在于：所述制備的富氮功能梯度金屬陶瓷，具有由表及里的成分梯度，表面富N，貧Co和/ 或Ni粘結相，合金抗彎強度達2200?2500MPa，表面梯度層厚度為5?15 μ m。
5. 根據權利要求3所述的低壓滲氮法制備富氮功能梯度金屬陶瓷的方法，其特征在 于：所述制備的富氮功能梯度金屬陶瓷，具有由表及里的成分梯度，表面富N，貧Co和/或 Ni粘結相，合金抗彎強度達2200?2500MPa，表面梯度層厚度為5?15 μ m。
【文檔編號】C23C8/24GK104060143SQ201410171310
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年4月25日 優先權日:2014年4月25日
【發明者】馬麗麗, 魯攀, 顏延芳, 李蘭, 謝海唯, 肖滿斗, 吳沖滸, 文曉 申請人:廈門鎢業股份有限公司