CN102433482A

CN102433482A - 一种Ti(CN)金属陶瓷的木工刀具材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102433482A
Application number: CN2010102955748A
Authority: CN
Inventors: 李克林
Original assignee: CHENGDU BANGPU ALLOY MATERIALS Co Ltd
Current assignee: CHENGDU BANGPU ALLOY MATERIALS Co Ltd
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2012-05-02

Abstract

一种Ti(CN)金属陶瓷的木工刀具材料及其制备方法，它涉及木工刀具材料技术领域。它的配方组成为：Ti(CN)粉末50-65％、钴粉5-10％、镍粉5-10％、钼粉8-15％、碳化钨粉10-20％、碳化钽粉4-8％、碳化铬和碳化钒粉0-1.0％；它的制备方法为：配料→球磨→喷雾干燥→压制→压力烧结→成品。它与其他刀具材料相比，该刀具的耐用度和使用寿命提高1-10倍，切削速度提高1.5-3倍，切削加工费用下降20％-40％，为金属陶瓷刀具加工木工复合材料提供了广泛的应用前景。

Description

一种Ti(CN)金属陶瓷的木工刀具材料及其制备方法

技术领域：

本发明涉及木工刀具材料技术领域，具体涉及一种Ti(CN)金属陶瓷的木工刀具材料及制备这种材料所采用的粉末冶金制造技术。

背景技术：

通常木工刀具材料主要包括碳素工具钢、合金工具钢、斯太立合金、高速钢等，这些材料常用于低切削速度、低进料速度及加工精度要求不高的场合，一般用于实木加工。随着纤维板、刨花板、胶合板和层积材等木质复合材料的出现，这些传统的切削材料已不能满足工艺要求，原用于金属加工的硬质合金材料，现已广泛的应用于木材加工，逐步替代了高速钢等材料；聚晶金刚石、聚晶立方氮化硼由于具有极高的硬度和耐磨性，摩擦系数小、热膨胀系数低，切削时不易产生积屑瘤，刀刃不易钝化并可以获得较高质量的表面等优点也已成为木工刀具材料的新秀。但现有的木工刀具具有以下缺点：

1、制造成本较高。由于高速钢、硬质合金和超硬材料系采用W、Cr、Co或PCD(人造聚晶金刚石)、PCBN(聚晶立方氮化硼)，高速钢虽然制造成本较其他材料低，但在加工高强度的木工复合材料方面由于受到加工效率和表面光洁度的影响应用受到限制；硬质合金、PCD、PCBN材料虽能够满足高强度木工复合材料的加工要求，其制造工艺和配方决定了材料成本较高。

2、刀具材料的选择存在耐磨性(硬度)和韧性(强度)的矛盾。

3、抗腐蚀能力较差。由于木材中含有酸性物质，刀具易被腐蚀。金属陶瓷刀具广泛应用于金属切削加工领域，高的切削速度和高的工件表洁度是其应用的一个显著特征，由于它的密度只有硬质合金的一半，其单片成本与硬质合金、PCD、PCBN相比具有较大优势。木工刀具材料现在主要以高速钢和硬质合金为主，随着纤维板、刨花板等木质复合材料的出现，对加工效率和木材的表面光洁度提出了更高的要求，刀具材料必须具备高硬度和高强度的特征才能适应这一趋势。但长期以来，金属陶瓷刀具材料虽具有高的硬度，但脆性大、韧性差，其应用受到一定的限制。

发明内容：

本发明的目的是提供一种Ti(CN)金属陶瓷的木工刀具材料及其制备方法，它解决了现有金属陶瓷刀具材料脆性大、韧性差的缺点，制造工艺与硬质合金制造工艺相同。由于Ti(CN)金属陶瓷刀具材料的密度只有硬质合金的一半(或更低)，其木工刀具材料的单件制造成本也将比硬质合金、PCD、PCBN等材料低一半以上，应用前景非常广阔。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：它的配方组成为：Ti(CN)粉末50-65％、钴粉5-10％、镍粉5-10％、钼粉8-15％、碳化钨粉10-20％、碳化钽粉4-8％、碳化铬和碳化钒粉0-1.0％；它的制备方法为：配料→球磨→喷雾干燥→压制→压力烧结→成品。

上述金属陶瓷原料配方中，Ti(CN)粉末中碳原子与氮原子的摩尔比为7∶3或3∶7。碳化铬和碳化钒粉可以单一加入也可任意比例混合加入，但总计的加入比例在0-1.0％。

上述金属陶瓷原料的纯度均大于99.5％，平均粒度小于2.0μm。

本发明通过优化Ti(CN)金属陶瓷的材料配方，利用气氛烧结及压力烧结工艺改善了液相对Ti(CN)、WC的润湿性，强化了晶界，提高了各组成相得的结合强度，最终得到不低于如下规定的物理机械性能和金相组织结构。

本发明在热稳定性、导热性、耐蚀性、抗氧化性及高温硬度、高温强度等方面具有明显优势。与其他刀具材料相比，该刀具的耐用度和使用寿命提高1-10倍，切削速度提高1.5-3倍，切削加工费用下降20％一40％，为金属陶瓷刀具加工木工复合材料提供了广泛的应用前景。

附图说明：

图1为本发明规定的物理机械性能示意图，

图2为本发明规定的金相组织结构示意图。

具体实施方式：

参照图1-2，本具体实施方式采用以下技术方案：它的配方组成为：Ti(CN)粉末50-65％、钴粉5-10％、镍粉5-10％、钼粉8-15％、碳化钨粉10-20％、碳化钽粉4-8％、碳化铬和碳化钒粉0-1.0％；它的制备方法为：配料→球磨→喷雾干燥→压制→压力烧结→成品。

它的具体制备方法为：将原料粉末按照上述质量百分数的比例配料后加入用硬质合金做研磨体的滚动球磨机，球磨机的转速为：30-40转/分钟，球磨的球料比为：5-11∶1，球磨介质为无水乙醇，同时加入原料总质量4.0-4.5％的成型剂及0.5-1.0％的表面活化剂，累计的球磨时间为：72-120小时，球磨到点后的料浆采用喷雾干燥进行雾化干燥，干燥温度：80℃-100℃，干燥时间：100-160分钟，得到的喷雾干燥混合粒料的松装密度为：2.0-3.3g/cm³，流动性为：30-50秒/50g，将达到该要求的喷雾粒料通过精密压机成型在压力烧结炉中进行烧结，其烧结工艺为：脱成型剂温度30℃-500℃，时间360-480分钟，载气流量15-60升/分；烧结温度1410℃-1460℃，载气压力：4.0-6.0MPa，保温时间：40-70分钟。

烧结后的物理机械性能及金相组织结构满足规定的要求，如图1、图2。

上述金属陶瓷原料的纯度均大于99.5％，平均粒度小于2.0μm。

本具体实施方式通过优化Ti(CN)金属陶瓷的材料配方，利用气氛烧结及压力烧结工艺改善了液相对Ti(CN)、WC的润湿性，强化了晶界，提高了各组成相得的结合强度。

本具体实施方式在热稳定性、导热性、耐蚀性、抗氧化性及高温硬度、高温强度等方面具有明显优势。与其他刀具材料相比，该刀具的耐用度和使用寿命提高1-10倍，切削速度提高1.5-3倍，切削加工费用下降20％-40％，为金属陶瓷刀具加工木工复合材料提供了广泛的应用前景。

实施例1：

将质量百分数按照Ti(CN)粉：55％；钴粉：6％；镍粉：6％；钼粉：8％；碳化钨粉：20％；碳化钽粉：5％的比例配料后加入用硬质合金做研磨体的滚动球磨机(原料的纯度均大于99.5％，平均粒度小于2.0μm)，球磨机的转速为：35转/分钟，球磨的球料比为：10∶1，球磨介质为无水乙醇，同时加入原料总质量4.1％的成型剂及0.3％的油酸、0.4％的硬脂酸，累计的球磨时间为：96小时，球磨到点后的料浆采用喷雾干燥进行雾化干燥，干燥出口温度：90℃，干燥时间：120分钟，得到的喷雾干燥混合粒料的松装密度为：2.95g/cm³，流动性为：37秒/50g，将达到该要求的喷雾粒料通过精密压机成型在压力烧结炉中进行烧结，其烧结工艺为：脱成型剂温度30℃-500℃，时间380分钟，载气流量40升/分；烧结温度1440℃，载气压力：5.5MPa，保温时间：60分钟。

烧结后的物理机械性能及金相组织结构为：密度：6.98g/cm³；硬度：HRA93.0；强度TRS：2020MPa；金相：A02B02C00E00。

用这种金属陶瓷刀具材料制成50*12*12木工刀，加工中密度纤维木质板，切削速度：300m/min；切深：1.5mm；进给量：0.3mm/z，切削寿命为30min，每单件刀具的成本仅是硬质合金的1/2。

实施例2：

将质量百分数按照Ti(CN)粉：60％；钴粉：7％；镍粉：7％；钼粉：10％；碳化钨粉：10.2％；碳化钽粉：5％；碳化铬粉：0.4％；碳化钒粉：0.4％的比例配料后加入用硬质合金做研磨体的滚动球磨机(原料的纯度均大于99.5％，平均粒度小于2.0μm)，球磨机的转速为：35转/分钟，球磨的球料比为：10∶1，球磨介质为无水乙醇，同时加入原料总质量4.2％的成型剂及0.3％的油酸、0.3％的硬脂酸，累计的球磨时间为：100小时，球磨到点后的料浆采用喷雾干燥进行雾化干燥，干燥出口温度：90℃，干燥时间：120分钟，得到的喷雾干燥混合粒料的松装密度为：3.10g/cm³，流动性为：34秒/50g，将达到该要求的喷雾粒料通过精密压机成型在压力烧结炉中进行烧结，其烧结工艺为：脱成型剂温度30℃-500℃，时间480分钟，载气流量40升/分；烧结温度1420℃，载气压力：5.0MPa，保温时间：60分钟。

烧结后的物理机械性能及金相组织结构为：密度：6.70g/cm³；硬度：HRA93.0；强度TRS：2100MPa；金相：A02 B02 C00 E00。

用这种金属陶瓷刀具材料制成30*7.0*4.0T指接刀，加工竹木复合板，切削速度：350m/min；切深：1.5mm；进给量：0.5mm/z，切削寿命为90min，刀具后刀面磨损VB：0.35mm，每单件刀具的成本仅是硬质合金的1/4。

实施例3：

将质量百分数按照Ti(CN)粉：54％；钴粉：9％；镍粉：11％；钼粉：10％；碳化钨粉：10.2％；碳化钽粉：5％；碳化铬粉：0.8％的比例配料后加入用硬质合金做研磨体的滚动球磨机(原料的纯度均大于99.5％，平均粒度小于2.0μm)，球磨机的转速为：35转/分钟，球磨的球料比为：10∶1，球磨介质为无水乙醇，同时加入原料总质量4.1％的成型剂及0.3％的油酸、0.4％的硬脂酸，累计的球磨时间为：110小时，球磨到点后的料浆采用喷雾干燥进行雾化干燥，干燥出口温度：90℃，干燥时间：130分钟，得到的喷雾干燥混合粒料的松装密度为：3.00g/cm³，流动性为：35秒/50g，将达到该要求的喷雾粒料通过精密压机成型在压力烧结炉中进行烧结，其烧结工艺为：脱成型剂温度30℃-500℃，时间470分钟，载气流量35升/分；烧结温度1410℃，载气压力：5.5MPa，保温时间：60分钟。

烧结后的物理机械性能及金相组织结构为：密度：7.02g/cm³；硬度：HRA93.5；强度TRS：2200MPa；金相：A02 B02 C00 E00。

用这种金属陶瓷刀具材料制成14*14*2.0木工刀，加工竹木复合板，切削速度：400m/min；切深：1.0mm；进给量：0.3mm/z，切削寿命为50min，每单件刀具的成本仅是硬质合金的1/3。

Claims

1.一种Ti(CN)金属陶瓷的木工刀具材料及其制备方法，其特征在于它的配方组成为：Ti(CN)粉末50-65％、钴粉5-10％、镍粉5-10％、钼粉8-15％、碳化钨粉10-20％、碳化钽粉4-8％、碳化铬和碳化钒粉0-1.0％；它的制备方法为：配料→球磨→喷雾干燥→压制→压力烧结→成品。

2.根据权利要求1所述的一种Ti(CN)金属陶瓷的木工刀具材料及其制备方法，其特征在于它的具体制备方法为：将原料粉末按照上述质量百分数的比例配料后加入用硬质合金做研磨体的滚动球磨机，球磨机的转速为：30-40转/分钟，球磨的球料比为：5-11∶1，球磨介质为无水乙醇，同时加入原料总质量4.0-4.5％的成型剂及0.5-1.0％的表面活化剂，累计的球磨时间为：72-120小时，球磨到点后的料浆采用喷雾干燥进行雾化干燥，干燥温度：80℃-100℃，干燥时间：100-160分钟，得到的喷雾干燥混合粒料的松装密度为：2.0-3.3g/cm³，流动性为：30-50秒/50g，将达到该要求的喷雾粒料通过精密压机成型在压力烧结炉中进行烧结，其烧结工艺为：脱成型剂温度30℃-500℃，时间360-480分钟，载气流量15-60升/分；烧结温度1410℃-1460℃，载气压力：4.0-6.0MPa，保温时间：40-70分钟。

3.根据权利要求1所述的一种Ti(CN)金属陶瓷的木工刀具材料及其制备方法，其特征在于所述的Ti(CN)粉末中碳原子与氮原子的摩尔比为7∶3。

4.根据权利要求1所述的一种Ti(CN)金属陶瓷的木工刀具材料及其制备方法，其特征在于所述的Ti(CN)粉末中碳原子与氮原子的摩尔比为3∶7。

5.根据权利要求1所述的一种Ti(CN)金属陶瓷的木工刀具材料及其制备方法，其特征在于所述的碳化铬和碳化钒粉单一加入，总计的加入比例在0-1.0％。

6.根据权利要求1所述的一种Ti(CN)金属陶瓷的木工刀具材料及其制备方法，其特征在于所述的碳化铬和碳化钒粉任意比例混合加入，总计的加入比例在0-1.0％。

7.根据权利要求1所述的一种Ti(CN)金属陶瓷的木工刀具材料及其制备方法，其特征在于所述的木工刀具材料纯度均大于99.5％，平均粒度小于2.0μm。