本發(fā)明涉及粉末冶金技術(shù)，是一種耐高溫氧化高強(qiáng)度Ti₃SiC₂硬質(zhì)合金及其制備工藝。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)概念上的硬質(zhì)合金是由難熔金屬碳化鎢為硬質(zhì)相，金屬鈷為粘結(jié)相的燒結(jié)合金材料。WC-Co類硬質(zhì)合金具有一系列優(yōu)良性能，其主要是具有較高的硬度和耐磨性，使其在現(xiàn)代工具材料、耐磨材料方面占據(jù)重要地位。但是，WC-Co類硬質(zhì)合金也有自身不足，因?yàn)楹辰Y(jié)相Co的硬質(zhì)合金，抗高溫、抗氧化、耐腐蝕性能較差，目前一般硬質(zhì)合金在700℃以上就開始急劇氧化，高溫強(qiáng)度急劇下降，在800℃時(shí)氧化的就更加劇烈，使得硬質(zhì)合金無(wú)法使用。從而限制了該類合金在工況領(lǐng)域中的應(yīng)用，特別是在高溫環(huán)境中的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種耐高溫氧化高強(qiáng)度Ti₃SiC₂硬質(zhì)合金及其制備工藝，其合金致密性優(yōu)良、高硬度、高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱、耐電腐蝕，并在高溫下具有良好塑性、熱穩(wěn)定性和優(yōu)良的抗氧化性，并具有自潤(rùn)滑能力。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種耐高溫氧化高強(qiáng)度Ti₃SiC₂硬質(zhì)合金，由碳化鎢粉、鈷粉和Ti₃SiC₂粉末組成，各自所占質(zhì)量比：碳化鎢粉為72～85％、鈷粉為10～20％、Ti₃SiC₂粉末為5～10％。

一種耐高溫氧化高強(qiáng)度Ti₃SiC₂硬質(zhì)合金的制備工藝，步驟如下：

(1)濕磨，將質(zhì)量比分別是：碳化鎢粉為72～85％、鈷粉為10～20％、Ti₃SiC₂粉末為5～10％的三種粉末在氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行12～72小時(shí)的濕磨，濕磨介質(zhì)為酒精；

(2)造粒，將步驟(1)濕磨后所獲得的粉末在干燥器中70～90℃進(jìn)行干燥、插篩和造粒；

(3)壓制，將步驟(2)造粒后的粉末通過(guò)冷等靜壓或機(jī)械壓制或液壓壓制成形，壓制力為1.25～2.35t/cm2；

(4)燒結(jié)，將步驟(3)壓制成形的粉末在氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行5～10MPa的低壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1380～1500℃，燒結(jié)時(shí)間為1～2小時(shí)，氫氣流量30～50SLM，氬氣流量35～55SLM；

(5)淬火回火處理，將步驟(4)燒結(jié)后的產(chǎn)品進(jìn)行淬火回火處理；在空氣中或真空環(huán)境下進(jìn)行加熱時(shí)，淬火溫度為800～1000℃，油淬處理時(shí)間為15～25分鐘；或者在真空環(huán)境或氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行加熱時(shí)，淬火溫度為1100～1280℃，油淬處理時(shí)間為15～25分鐘；回火溫度250～600℃，回火時(shí)間2～5小時(shí)，最終得到耐高溫氧化高強(qiáng)度Ti₃SiC₂硬質(zhì)合金。

所述的濕磨時(shí)每公斤Ti₃SiC₂粉、碳化鎢粉、鈷粉三種粉末添加0.18～0.47L酒精。

所述的造粒尺寸為40～300目的顆粒。

本發(fā)明的耐高溫氧化高強(qiáng)度Ti₃SiC₂硬質(zhì)合金材料，具備良好的強(qiáng)度、硬度、導(dǎo)熱性、熱沖擊、抗氧化尤其高溫抗氧化性等優(yōu)良特性；可承受800～1100℃的高溫，高溫強(qiáng)度為800～1800N/mm²。Ti₃SiC₂硬質(zhì)合金材料還具有超低磨擦系數(shù)和自潤(rùn)滑性，而超低磨擦系數(shù)和自潤(rùn)滑性是加工行業(yè)不可或缺的特性之一，所以該材料可廣泛應(yīng)用于高溫環(huán)境下的重沖擊、中振動(dòng)、擠壓行業(yè)和其它高溫行業(yè)，在高溫強(qiáng)度領(lǐng)域或常溫環(huán)境中有著廣闊的應(yīng)用前景。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的Ti₃SiC₂硬質(zhì)合金是由碳化鎢粉、鈷粉和5～10％(質(zhì)量比)的Ti₃SiC₂粉末，通過(guò)粉末冶金工藝制備。

(1)實(shí)施例1

成分配比(wt％)：

Ti₃SiC₂粉：5％、碳化鎢粉：85％、鈷粉：10％；

在氬氣保護(hù)氣氛下濕磨24小時(shí)，酒精添加量為0.33L/公斤；在Z形干燥器中于80℃進(jìn)行干燥，壓制成直徑55mm厚度15mm圓餅，壓制力為52噸，在氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行6MPa的低壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1430℃，燒結(jié)時(shí)間為1小時(shí)，氫氣流量30～50SLM，氬氣流量45SLM；在真空環(huán)境下進(jìn)行淬火，淬火溫度為1000℃，淬火時(shí)間20分鐘，回火溫度為450℃，回火時(shí)間2小時(shí)。

性能：

燒結(jié)后晶粒度：中等，

硬度：89.0～90.5HRA，

密度：12.97～13.09g/cm³；

適用范圍：良好的耐磨性、承受800℃的高溫，可用于沖壓模具、熱擠壓、苛刻工況的拉伸模具。

(2)實(shí)施例2

成分配比(wt％)：

Ti₃SiC₂粉：8％、碳化鎢粉：72％、鈷粉：20％；

在氬氣保護(hù)氣氛下濕磨20小時(shí)，酒精添加量為0.28L/公斤；在Z形干燥器中于80℃進(jìn)行干燥，壓制成直徑80mm厚度20mm圓餅，壓制力為100噸，在氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行5MPa的低壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1450℃，燒結(jié)時(shí)間為2小時(shí)，氫氣流量30～50SLM，氬氣流量40SLM；在空氣環(huán)境中進(jìn)行淬火，淬火溫度為900℃，淬火時(shí)間20分鐘，回火溫度為450℃，回火時(shí)間2.5小時(shí)。

性能：

燒結(jié)后晶粒度：粗晶，

硬度：82.5～84.0HRA，

密度：11.55～11.68g/cm³；

適用范圍：高耐磨、重沖擊、重振動(dòng)，承受900℃的高溫，可用于熱鐓模、型鍛模。

(3)實(shí)施例3

成分配比(wt％)：

Ti₃SiC₂粉：10％、碳化鎢粉：75％、鈷粉：15％；

在氬氣保護(hù)氣氛下濕磨60小時(shí)，酒精添加量為0.38L/公斤；在Z形干燥器中于80℃進(jìn)行干燥，壓制成直徑105mm厚度15mm圓餅，壓制力為130噸，在氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行8MPa的低壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1410℃，燒結(jié)時(shí)間為1.5小時(shí)，氫氣流量30～50SLM，氬氣流量50SLM；在氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行淬火，淬火溫度為1100℃，淬火時(shí)間25分鐘，回火溫度為500℃，回火時(shí)間4小時(shí)。

性能：

燒結(jié)后晶粒度：0.6μm，

硬度：89.0～90.5HRA，

密度：11.45～11.55g/cm³；

適用范圍：高耐磨、高強(qiáng)度、中耐震和中沖擊，承受1000℃高溫，可用于熱鐓鍛模、成形模具、壓鑄模具。