專利名稱：TiC/Ti(C,N)-Mo-Ni/Co復(fù)合粉末及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉末冶金領(lǐng)域，尤其涉及一種可用于制備金屬陶瓷的復(fù)合粉末及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
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(guān)注。在日本，近年來(lái)Ti (C，N)基金屬陶瓷刀具已占可轉(zhuǎn)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(jìn)行金屬陶瓷的成分設(shè)計(jì)時(shí)，人們還可能根據(jù)不同的性能需要加入不同的添加劑。在金屬陶瓷的發(fā)展史上， Mo (或Mo2C)的引入是一項(xiàng)重大技術(shù)突破，它使得金屬陶瓷的硬質(zhì)相晶粒周圍出現(xiàn)環(huán)形結(jié)構(gòu)，從而改善了粘結(jié)相對(duì)硬質(zhì)相的潤(rùn)濕性，以及硬質(zhì)相和粘結(jié)相的結(jié)合強(qiáng)度，提高了金屬陶瓷的性能，此后這種材料才開(kāi)始進(jìn)行廣泛的實(shí)際應(yīng)用。人們習(xí)慣將TiC基、Ti (C, N)基金屬陶瓷復(fù)合材料直接稱為金屬陶瓷，而將傳統(tǒng)的 WC-Co硬質(zhì)合金復(fù)合材料稱為硬質(zhì)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(jié)構(gòu)。早期的金屬陶瓷的成分為TiC-Mo-Ni，其耐磨性優(yōu)于WC-Co硬質(zhì)合金，但強(qiáng)度和韌性卻劣于WC-Co硬質(zhì)合金，這極大地限制了金屬陶瓷的應(yīng)用范圍。金屬陶瓷和硬質(zhì)合金一般采用傳統(tǒng)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(nèi)環(huán)相是在固相燒結(jié)階段形成的，由于固相燒結(jié)階段的原子擴(kuò)散距離短，內(nèi)環(huán)相的分布和厚度就與混合料粉末顆粒的分布與接觸狀態(tài)有很大的關(guān)系；然而，濕磨這種物理混料方式的限制，硬質(zhì)相和粘結(jié)相很難混合均勻，從而造成內(nèi)環(huán)相分布和厚度的不均勻。 采用包覆型復(fù)合粉是一種可以改善合金顯微結(jié)構(gòu)均勻性的技術(shù)措施，包覆型復(fù)合粉在溶液中完成制備，其往往可以實(shí)現(xiàn)分子級(jí)的混合，目前，有關(guān)硬質(zhì)合金包覆型復(fù)合粉的研究有大量文獻(xiàn)報(bào)道，尤其是具有核殼結(jié)構(gòu)的包覆型復(fù)合粉的報(bào)道較多，而有關(guān)TiC基、Ti (C, N)基金屬陶瓷復(fù)合粉的研究卻鮮有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有良好的分散性和優(yōu)異的燒結(jié)性能、能有效改善金屬陶瓷中硬質(zhì)相和粘結(jié)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(fù)合粉末，還提供一種工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低的該TiC/Ti (C, N)-Mo-Ni/Co復(fù)合粉末的制備方法，以及該TiC/Ti (C, N)-Mo-Ni/Co復(fù)合粉末在制備金屬陶瓷中的應(yīng)用。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種TiC/Ti(C，N)-Mo-Ni/Co復(fù)合粉末，所述復(fù)合粉末為核殼型結(jié)構(gòu)，該核殼型結(jié)構(gòu)的復(fù)合粉末是以微米級(jí)的TiC和/或 Ti (C, N)粉末為內(nèi)核，該內(nèi)核外包覆有納米級(jí)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(yù)合金粉末。上述的TiC/Ti (C, N) -Mo-Ni/Co復(fù)合粉末中，所述金屬Ni和Co在所述復(fù)合粉末中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為3% 30%。上述的TiC/Ti (C, N)-Mo-Ni/Co復(fù)合粉末中，所述金屬M(fèi)o在所述復(fù)合粉末中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為1 20%。上述的TiC/Ti (C, N)-Mo-Ni/Co復(fù)合粉末中，所述內(nèi)核的平均粒徑優(yōu)選為1 μ m 2 μ m ；所述外殼的厚度優(yōu)選為IOOnm 500nm。作為一個(gè)總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種上述的TiC/Ti (C，N)-Mo-Ni/Co復(fù)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(yōu)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(zhì)的濃度一般控制在 5g/L 100g/L ；
(2)化學(xué)沉淀制備前驅(qū)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(jì)，同時(shí)添加分散劑，充分?jǐn)嚢杈鶆虻脩腋∫?；然后向懸浮液中添加鉬酸銨((NH4)6Mo7O24 · 4H20)，充分?jǐn)噭蚝笾糜?0°C 90°C恒溫水浴中加熱(也可水浴加熱的同時(shí)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(dòng))，攪拌條件下(攪拌速度優(yōu)選為200r/min 1200r/min)使其充分反應(yīng)沉淀(沉淀時(shí)間優(yōu)選為Ih 10h)，反應(yīng)液經(jīng)過(guò)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(qū)體粉末；
(3)煅燒還原制備復(fù)合粉末將所述前驅(qū)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(fù)合粉末；再將金屬氧化物復(fù)合粉末進(jìn)行還原反應(yīng)，還原溫度為700°C 1000°C，還原反應(yīng)完成后制得TiC/Ti (C, N)-Mo-Ni/Co復(fù)合粉末。上述的TiC/Ti (C, N)-Mo-Ni/Co復(fù)合粉末的制備方法中，所述鎳鹽優(yōu)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(fù)合粉末的制備方法中，所述鈷鹽優(yōu)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(yōu)選不大于lOmol/L。上述的TiC/Ti (C，N)-Mo-Ni/Co復(fù)合粉末的制備方法中，所述分散劑優(yōu)選為有機(jī)胺、有機(jī)胺鹽、表面活性劑或鈦酸酯偶聯(lián)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?jī)?yōu)選為所述鎳/鈷氨配合物溶液質(zhì)量的0. 3% 8%。上述的TiC/Ti (C，N)-Mo-Ni/Co復(fù)合粉末的制備方法中，所述還原反應(yīng)使用的還原劑優(yōu)選為氫氣或分解氨，所述氫氣或分解氨的截面流量?jī)?yōu)選為10 ml/cm2 · min 40ml/ cm2 · min。上述的TiC/Ti (C，N)-Mo-Ni/Co復(fù)合粉末的制備方法中，所述煅燒的時(shí)間優(yōu)選為 Ih 4h，所述還原溫度下的保持時(shí)間優(yōu)選為60min 120min。作為一個(gè)總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種上述的TiC/Ti (C，N)-Mo-Ni/Co復(fù)合粉末在制備TiC/Ti (C，N)基金屬陶瓷中的應(yīng)用。在制備金屬陶瓷的應(yīng)用中，除了生產(chǎn)原料的不同外，其余的工藝步驟和工藝參數(shù)與現(xiàn)有的金屬陶瓷制備工藝基本相同。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在干本發(fā)明是在充分分散的TiC/Ti(C，N)陶瓷 顆粒表面均勻包覆預(yù)合金粉末，預(yù)合金粉末的晶粒度為納米級(jí)，且包覆厚度均勻可控，應(yīng) 用本發(fā)明的TiC/Ti(C，N)-Mo-Ni/Co復(fù)合粉末制得的金屬陶瓷能有效改善金屬陶瓷中硬 質(zhì)相和粘結(jié)相分布不均勻的問(wèn)題，具有較好的強(qiáng)韌性，其組織中環(huán)形相厚度適中、分布均 勻。本發(fā)明的制備方法具有エ藝簡(jiǎn)單、設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明方法制得的TiC/ Ti (C, N) -Mo-Ni/Co復(fù)合粉末具有良好的分散性和優(yōu)異的燒結(jié)性能。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中原料TiC粉末的顯微電鏡照片。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中制得的成品TiC-Mo-Ni/Co復(fù)合粉末的顯微電鏡照片。圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的TiC-Mo-Ni/Co復(fù)合粉末制得的金屬陶瓷合金顯微電鏡 照片。圖4為本發(fā)明實(shí)施例4中原料Ti (C, N)粉末的顯微電鏡照片。圖5為本發(fā)明實(shí)施例4中制得的成品Ti (C, N) -Mo-Ni/Co復(fù)合粉末的顯微電鏡照 片。圖6為本發(fā)明實(shí)施例4的Ti (C, N)-Mo-Ni/Co復(fù)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(fā)明實(shí)施例4的Ti (C, N)-Mo-Ni/Co復(fù)合粉末制得的金屬陶瓷合金斷ロ 形貌電鏡照片。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步描述。實(shí)施例1
一種如圖2所示的本發(fā)明TiC-Mo-Ni/Co復(fù)合粉末，該復(fù)合粉末為核殼型結(jié)構(gòu)，該核殼 型結(jié)構(gòu)的復(fù)合粉末是以平均粒徑約為0. Sym的TiC粉末(參見(jiàn)圖1)為內(nèi)核，該內(nèi)核外包覆 有納米級(jí)金屬粉末組成的外売，外殼的厚度大約為IOOnm 500nm (根據(jù)體積比測(cè)算得到)。 該金屬粉末為Mo和Ni組成的預(yù)合金粉末。其中，金屬Ni在復(fù)合粉末中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%， 金屬M(fèi)o在所述復(fù)合粉末中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%。本實(shí)施例的TiC-Mo-Ni/Co復(fù)合粉末是通過(guò)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(guò)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(yīng)原理如下所示。開(kāi)始加入少量氨水時(shí)，可以看到綠色沉淀生成 N
權(quán)利要求
1.一種TiC/Ti (C, N)-Mo-Ni/Co復(fù)合粉末，其特征在于所述復(fù)合粉末為核殼型結(jié)構(gòu)， 該核殼型結(jié)構(gòu)的復(fù)合粉末是以微米級(jí)的TiC和/或Ti (C, N)粉末為內(nèi)核，該內(nèi)核外包覆有納米級(jí)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(yù)合金粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TiC/Ti(C，N)-Mo-Ni/Co復(fù)合粉末，其特征在于所述金屬Ni 和Co在所述復(fù)合粉末中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3% 30%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的TiC/Ti(C, N) -Mo-Ni/Co復(fù)合粉末，其特征在于所述金屬M(fèi)o在所述復(fù)合粉末中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21 20%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的TiC/Ti(C, N)-Mo-Ni/Co復(fù)合粉末，其特征在于所述內(nèi)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(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的TiC/Ti (C, N)-Mo-Ni/Co復(fù)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(xué)沉淀制備前驅(qū)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(jì)，同時(shí)添加分散劑，充分?jǐn)嚢杈鶆虻脩腋∫?；然后向懸浮液中添加鉬酸銨，充分?jǐn)噭蚝笾糜?0°C 90°C恒溫水浴中加熱，攪拌條件下使其充分反應(yīng)沉淀，反應(yīng)液經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥后制得前驅(qū)體粉末；(3)煅燒還原制備復(fù)合粉末將所述前驅(qū)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(fù)合粉末；再將金屬氧化物復(fù)合粉末進(jìn)行還原反應(yīng)，還原溫度為700°C 1000°C，還原反應(yīng)完成后制得TiC/Ti (C, N)-Mo-Ni/Co復(fù)合粉末。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的TiC/Ti(C, N)-Mo-Ni/Co復(fù)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(jù)權(quán)利要求5或6所述的TiC/Ti(C, N) -Mo-Ni/Co復(fù)合粉末的制備方法，其特征在于所述分散劑為有機(jī)胺、有機(jī)胺鹽、表面活性劑或鈦酸酯偶聯(lián)劑，所述分散劑的添加量為所述鎳/鈷氨配合物溶液質(zhì)量的0. 3% 8%。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的TiC/Ti(C, N) -Mo-Ni/Co復(fù)合粉末的制備方法，其特征在于所述還原反應(yīng)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(jù)權(quán)利要求5或6所述的TiC/Ti(C, N) -Mo-Ni/Co復(fù)合粉末的制備方法，其特征在于所述煅燒的時(shí)間為Ih 4h，所述還原溫度下的保持時(shí)間為60min 120min。
10.一種如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的TiC/Ti (C, N)-Mo-Ni/Co復(fù)合粉末在制備 TiC/Ti (C, N)基金屬陶瓷中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種TiC/Ti(C,N)-Mo-Ni/Co復(fù)合粉末，其為核殼型結(jié)構(gòu)，且是以微米級(jí)的TiC/Ti(C,N)粉末為內(nèi)核，該內(nèi)核外包覆有Mo、Ni、Co中至少兩種組成的預(yù)合金粉末形成的外殼。該復(fù)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(yīng)沉淀，經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥后制得前驅(qū)體粉末；將前驅(qū)體粉末充分煅燒使其分解，獲得金屬氧化物復(fù)合粉末；再進(jìn)行還原反應(yīng)制得成品。本發(fā)明的復(fù)合粉末具有良好的分散性和燒結(jié)性能，能顯著提高金屬陶瓷性能。
文檔編號(hào)C22C29/02GK102294473SQ201110254890
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者伍小波, 周書(shū)助, 張曉明, 朱磊, 王社權(quán), 羅成 申請(qǐng)人:株洲鉆石切削刀具股份有限公司