專利名稱：一種超硬材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，更特別的是涉及一種超硬材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
超硬材料從上世紀初期開始發(fā)展，因其具有高硬度、耐高溫、耐磨耗性等優(yōu)點，被廣泛的應(yīng)用于各種工業(yè)，其主要是以碳化物為主的超硬材料。通常情況下，超硬材料是由多種不同的組成一起構(gòu)成，其中一般包含有熔點與硬度都非常高但容易脆裂的碳化物等陶瓷相顆粒的組成成分以及硬度低韌性高的結(jié)合相的組成成分，現(xiàn)有的超硬材料通常使用的結(jié)合金屬以鈷、鎳或鎳鉬合金作為結(jié)合相，通過將組分進行燒結(jié)，將結(jié)合相形成液相或與碳化物形成共晶液相，最終獲得高燒結(jié)密度的材料，其中可選的是，為了提高材料密度，可采加壓燒結(jié)或燒結(jié)后再熱均壓等不同的方法。這些超硬材料常常應(yīng)用于切削刀具、模具、工具與耐磨耗組件上，包括諸如車刀、 銑刀、絞刀、刨刀、鋸片、鉆頭、沖頭、剪切模、成型模、抽制模、擠型模、手表零件、原子筆珠等各種部件中。而其中又以碳化鎢超硬材料的應(yīng)用最為廣泛，依據(jù)不同的應(yīng)用要求，超硬材料的選擇范圍也因而相當(dāng)廣泛，通常結(jié)合相含量愈低，強化基材的含量愈高，硬度及耐磨性都會增加，但相反，韌性及耐沖擊性也跟著降低，較易破裂。因此對于要求硬而耐磨的應(yīng)用，強化材料的含量須提高，而對于韌性要求較高的應(yīng)用，強化材料的含量就得降低。此外，對于腐蝕環(huán)境下的耐磨組件或高溫應(yīng)用的組件，其耐蝕性或耐氧化性等特性也都需一并考慮。 隨著時代的進步，人類生活水平日益提高，不管是傳統(tǒng)工業(yè)或高科技產(chǎn)業(yè)，對于各種零組件的需求及生產(chǎn)與日俱增，如何提高生產(chǎn)效率、延長壽命及降低成本已成為刀具、模具、工具及耐磨構(gòu)件必然的發(fā)展趨勢。然而，傳統(tǒng)碳化鎢、碳化鈦等碳化物超硬材料的韌性、耐溫性、 耐磨性、耐蝕性、抗黏性在不同的應(yīng)用場合下仍常嫌不足。國內(nèi)同樣對超硬材料有著強烈的需求，在CN1，548, 567中以高錳鋼作為碳化鎢的結(jié)合相，高錳鋼的成分為14 18wt%的錳、3 6wt%的鎳、0. 9 1. 9wt%的碳與74. 1 82. 的鐵，這種碳化鎢材料具有高強度、高硬度及高耐磨耗性。也有許多是在結(jié)合金屬中加入碳化物的專利，如CN1，554，789是將4 6wt%鈷與0. 3 0. 6襯％碳化鉭作為結(jié)合相，并將此結(jié)合金屬與碳化鎢粉體混合燒結(jié)，可得較高耐磨性與高韌性的碳化鎢復(fù)合材料。 再如CNl, 718，813是以7 9wt%的鈷+0. 1 0. 5wt%的碳化釩+0. 3 0. 7wt%的碳化鉻作為結(jié)合金屬，并與碳化鎢燒結(jié)，可得較高強度、高硬度、高韌性的碳化鎢復(fù)合材料。而為改進超硬材料中的結(jié)合相，本發(fā)明借助多合金混合所特有的緩慢擴散效應(yīng)、 晶格扭曲效應(yīng)及雞尾酒復(fù)合效應(yīng)，使其結(jié)合金屬能獲得耐溫的微結(jié)構(gòu)及硬度來提高整體陶瓷相復(fù)合材料的硬度及耐溫耐磨性。另外，利用其緩慢擴散效應(yīng)，可使得該發(fā)明的結(jié)合金屬在燒結(jié)為液相時，原子不易傳輸擴散，可抑制碳化鎢、碳化鈦等陶瓷相晶粒成長，進而避免燒結(jié)體硬度、韌性、耐溫及耐磨性下降
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種超硬材料及其制備方法，該超硬材料采用多合金作為結(jié)合相，使其結(jié)合金屬能獲得耐溫的微結(jié)構(gòu)及硬度來提高整體陶瓷相復(fù)合材料的硬度及耐溫耐磨性。另外，利用其緩慢擴散效應(yīng)，可使得該發(fā)明的結(jié)合金屬在燒結(jié)為液相時，原子不易傳輸擴散，可抑制碳化鎢、碳化鈦等陶瓷相晶粒成長，進而避免燒結(jié)體硬度、韌性、耐溫及耐磨性下降。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了一種超硬材料的制備方法，該方法包括以下步驟步驟一制備混合合金，按照設(shè)計比例將混合合金的不同組分的粉末進行混合，混合合金為鋁、鉻、銅、鐵、錳、鈦、釩、鈷、鎳和碳中的至少5種結(jié)合得到的合金，且每種元素占該混合合金的5至35摩爾％，混合后進行球磨以將不同組分充分混合形成混合合金粉末；步驟二 混合至少一種陶瓷相粉末及混合合金粉末，形成混合物；步驟三壓胚燒結(jié)混合物，形成超硬材料。其中，步驟一中的球磨時間為10-20小時。其中，陶瓷相為碳化鎢或碳化鈦。其中，陶瓷相粉末及混合合金粉末的重量百分比為陶瓷相粉末80-85% ；混合合金15-20% ο其中，在真空或在氬氣及氫氣的混合氣體下進行燒結(jié)操作。其中，步驟三中的燒結(jié)溫度為800-1250攝氏度，升溫速度為6度每分鐘，燒結(jié)時間為30-60分鐘。還公開了一種超硬材料，包括至少一種陶瓷相粉末以及混合合金；其中混合合金為鋁、鉻、銅、鐵、錳、鈦、釩、鈷、鎳、碳中的至少5種結(jié)合得到的合金，且每種元素占該混合合金的5至35% ；其中，陶瓷相和混合合金的重量百分比如下陶瓷相粉末80-85% ；混合合金15-20%。其中，陶瓷相粉末為碳化鎢和/或碳化鈦。通過上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的具有以下技術(shù)效果(1)提高了材料的硬度及耐溫耐磨性；(2)避免燒結(jié)體硬度、韌性、耐溫及耐磨性下降；(3)通過材料的配合，從而提高了強度和斷裂韌性；(4)使用壽命較長，制造簡單，應(yīng)用廣泛。本發(fā)明將通過下面的具體實施例進行進一步的詳細描述。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行進一步說明。本發(fā)明提供了一種超硬材料，包括至少一種陶瓷相粉末(碳化鎢和/或碳化鈦) 以及混合合金；其中混合合金為鋁、鉻、銅、鐵、錳、鈦、釩、鈷、鎳、碳中的至少5種結(jié)合得到的合金，且每種元素占該混合合金的5至35% ；其中，陶瓷相作為基材，其提供高硬度和高熔點，而混合合金作為粘結(jié)相，則提供了耐磨和韌性，而兩者的重量百分比如下陶瓷相粉末80-85% ；混合合金15-20%。同時，本發(fā)明提出了一種超硬材料的制備方法，該方法包括以下步驟
步驟一制備混合合金，按照設(shè)計比例將混合合金的不同組分的粉末進行混合，混合合金為鋁、鉻、銅、鐵、錳、鈦、釩、鈷、鎳和碳中的至少5種結(jié)合得到的合金，且每種元素占該混合合金的5至35摩爾％，混合后進行球磨以將不同組分充分混合形成混合合金粉末， 球磨時間為10-20小時；步驟二 混合至少一種陶瓷相粉末及混合合金粉末，形成混合物，陶瓷相為碳化鎢或碳化鈦，陶瓷相粉末及混合合金粉末的重量百分比為陶瓷相粉末80-85% ；混合合金 15-20% ；步驟三壓胚燒結(jié)混合物，形成超硬材料，優(yōu)選在真空或在氬氣及氫氣的混合氣體，進行燒結(jié)操作，燒結(jié)溫度為800-1250攝氏度，升溫速度為6度每分鐘，燒結(jié)時間為30-60 分鐘。實施例1 本實施例先將多種純金屬或合金粉體利用機械球磨方式形成混合合金粉體，再將混合合金與碳化鎢粉體依不同比例混合及球磨處理，使之成為均勻混合的復(fù)合材料粉體。 而后再將均勻的碳化鎢-混合合金混合粉體經(jīng)過壓胚及高溫?zé)Y(jié)制成超硬材料燒結(jié)體，最后將燒結(jié)體做測試與分析。本實施例系采用鋁、鉻、銅、鐵、錳、鈦與釩七種純金屬粉體制作多元高熵合金粉體，其含量分別為下表
成分鋁鉻銅鐵錳鈦釩摩爾14. 2814. 2814. 2814. 2914. 2914. 2914. 29百分比 配置后的粉體經(jīng)過18小時球磨后得到混合合金粉體，而后再與碳化鎢粉體依下表的比例配置、機械球磨及壓胚燒結(jié)，燒結(jié)所得的材料的硬度如下表所示。在下表中，通過調(diào)整混合合金與碳化鎢的比例可得到不同硬度范圍的復(fù)合材料，以提供不同要求的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種超硬材料的制備方法，該方法包括以下步驟步驟一制備混合合金，按照設(shè)計比例將混合合金的不同組分的粉末進行混合，混合合金為鋁、鉻、銅、鐵、錳、鈦、釩、鈷、鎳和碳中的至少5種結(jié)合得到的合金，且每種元素占該混合合金的5至35摩爾％，混合后進行球磨以將不同組分充分混合形成混合合金粉末；步驟二 混合至少一種陶瓷相粉末及混合合金粉末，形成混合物；步驟三壓胚燒結(jié)混合物，形成超硬材料。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟一中的球磨時間為10-20小時。
3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，陶瓷相為碳化鎢或碳化鈦。
4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，陶瓷相粉末及混合合金粉末的重量百分比為陶瓷相粉末80-85% ；混合合金15-20%。
5.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在真空或在氬氣及氫氣的混合氣體下進行燒結(jié)操作。
6.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟三中的燒結(jié)溫度為800-1250攝氏度，升溫速度為6度每分鐘，燒結(jié)時間為30-60分鐘。
7.一種超硬材料，包括至少一種陶瓷相粉末以及混合合金；其中混合合金為鋁、鉻、 銅、鐵、錳、鈦、釩、鈷、鎳、碳中的至少5種結(jié)合得到的合金，且每種元素占該混合合金的5至 35% ；其中，陶瓷相和混合合金的重量百分比如下陶瓷相粉末80-85% ；混合合金15-20%。
8.如權(quán)利要求1所述的超硬材料，其特征在于，陶瓷相粉末為碳化鎢和/或碳化鈦。
全文摘要
一種超硬材料及其制備方法，該超硬材料包括至少一種陶瓷相粉末以及混合合金；其中混合合金為鋁、鉻、銅、鐵、錳、鈦、釩、鈷、鎳、碳中的至少5種結(jié)合得到的合金，且每種元素占該混合合金的5至35％；其中，陶瓷相和混合合金的重量百分比如下陶瓷相粉末80-85％；混合合金15-20％，該超硬材料采用多合金作為結(jié)合相，使其結(jié)合金屬能獲得耐溫的微結(jié)構(gòu)及硬度來提高整體陶瓷相復(fù)合材料的硬度及耐溫耐磨性。另外，利用其緩慢擴散效應(yīng)，可使得該發(fā)明的結(jié)合金屬在燒結(jié)為液相時，原子不易傳輸擴散，可抑制碳化鎢、碳化鈦等陶瓷相晶粒成長，進而避免燒結(jié)體硬度、韌性、耐溫及耐磨性下降。
文檔編號C22C1/05GK102329975SQ201110220550
公開日2012年1月25日 申請日期2011年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月3日
發(fā)明者李梁 申請人:四川歐曼機械有限公司