CN106544538A - 一种超细金属陶瓷制备过程中粉料氧含量的控制方法 - Google Patents

一种超细金属陶瓷制备过程中粉料氧含量的控制方法 Download PDF

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Abstract

一种超细金属陶瓷制备过程中粉料氧含量的控制方法，将原料组分按照各自的重量百分比配成混合粉料，原料组分包括40~61%的Ti（C,N）粉、22~32%的Ni粉、12~20%的Mo粉以及5~8%的WC粉；然后加入湿磨介质，进行球磨36~50小时，球磨后粉料经过干燥再掺入成型剂压制成形，成型剂的加入量为所述混合粉料重量的1~5%，最后烧结制得超细金属陶瓷成品，其特征在于：在球磨之前或球磨过程中，还加入复配的苯骈三氮唑和2,2'‑亚甲基双‑(4‑甲基‑6‑叔丁基苯酚)，复配的苯骈三氮唑和2,2'‑亚甲基双‑(4‑甲基‑6‑叔丁基苯酚)的加入量为混合粉料重量的0.1~2％。本发明技术方案可有效控制超细粉料氧含量在0.5~0.7Wt％，避免合金中出现缺碳相，制得的超细金属陶瓷的使用性能显著提高。

Description

一种超细金属陶瓷制备过程中粉料氧含量的控制方法
技术领域
本发明涉及超细金属陶瓷的生产制造，尤其涉及一种超细金属陶瓷制备过程中粉料氧含量的控制方法。
背景技术
金属陶瓷通常具有高温强度高、密度小、易加工、耐腐蚀、导热性好等特点，因此常用于制造飞机和导弹的结构件、发动机活塞、化工机械零件等。此外金属陶瓷不但具有较高的硬度、耐磨性、红硬性，而且还具有优良的化学稳定性，与金属间的摩擦系数也很低。如用作制备刀具，与常用的硬质合金相比，它在以下几个方面有明显的优势：可以允许有较高的切削速度和较大的进刀量，被加工件有较好的表面性能，刀具的耐磨性能更高。制造超细金属陶瓷所采用的超细原材料的粒度很小，其中超细陶瓷粉的粒径为0.1~0.2μm，超细粘结金属粉的粒径为0.4~1.0μm。在加工这些粉末过程中，经24~72小时的强化球磨，粉末中存在着很大的表面能和晶格畸变能，粉末的活性较强，很容易吸氧氧化，在颗粒表面不可避免的被氧化形成金属氧化物膜。如果氧化严重，组织中会出现 η 相和脱氧不完全残留的 TiO相，这些脆性相是组织中的断裂源。 而且，由于脱氧不彻底，粘结相与硬质相的润湿性较差，晶粒粗大，这些都会使材料的抗弯强度降低，将严重恶化超细金属陶瓷的使用性能。因此，超细粉料氧含量的不稳定给生产高质量超细金属陶瓷带来了很大困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种超细Ti(C，N)基金属陶瓷制备过程中粉料氧含量的控制方法，旨在有效解决超细粉料在金属陶瓷生产过程中因吸氧氧化而造成超细粉料氧含量超标、导致金属陶瓷质量波动、使用性能下降的问题。
为达到上述目的，本发明采用的一种超细金属陶瓷制备过程中粉料氧含量的控制方法的技术方案是：将各原料组分按照各自的重量百分比配成混合粉料，所述原料组分包括40~61%的碳氮化钛粉、22~32%的Ni粉、12~20%的Mo粉以及5~8%的WC粉；然后加入湿磨介质，进行球磨36~50小时，球磨后粉料经过干燥再掺入成型剂压制成形，成型剂的加入量为所述混合粉料重量的1~5%，最后烧结制得超细金属陶瓷成品；在球磨之前或球磨过程中，还加入复配的苯骈三氮唑和2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，所述复配的苯骈三氮唑和2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)的加入量为混合粉料重量的0.1~2％，所述苯骈三氮唑与2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)的重量比为3~7:7~3。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，在球磨之前或者球磨过程中，既可以直接加入复配的苯骈三氮唑和2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，也可以事先将复配的苯骈三氮唑和2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)在丙酮、己烷等有机溶剂当中溶解，然后再加入到球磨体系，有机溶剂为丙酮、己烷、酒精中的任意一种或任意两种的混合物、或三种的混合物。
2、上述方案中，较佳的方案是所述湿磨介质为工业酒精、丙酮、己烷中的任意一种、或任意两种的混合物、或三种的混合物。
3、上述方案中，较佳的方案是所用成型剂为PEG、石蜡、丁钠橡胶中的任意一种、或任意两种的混合物、或三种的混合物。
4、上述方案中，较佳的方案是所述Ti（C,N）粉的颗粒规格尺寸为亚微细级0.5~0.8μm、或超细级0.2～0.5μm、或纳米级＜0.2μm；所述Ni粉的颗粒度为0.8～1.5μm， 所述Mo粉的颗粒度为0.5～0.8μm；所述WC粉的颗粒度为0.2～0.8μm。
5、上述方案中，球磨后干燥的温度为80~120℃；烧结是在低压烧结炉内1300~1400℃下烧结50~80min。
本发明的设计原理是：为了降低超细金属陶瓷粉末成品中的氧含量，本发明在现有的超细金属陶瓷制备技术的基础上进行了一些改进。一般来说，超细Ti（C,N）粉、Ni粉、Mo粉、WC粉等这些超细粉末对于不同的有机物的吸附效果不同，要想取得良好的吸附效果，必须选用对混合粉料的吸附活性位有针对性的有机物，本发明特发现混合粉料对于复配的苯骈三氮唑和2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)这两种有机物的吸附效果很好，尤其是在球磨工序中加入复配的苯骈三氮唑和2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)。加入之后，苯骈三氮唑和2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)唑吸附在超细粉体表面的不同活性位，一方面改变超细粉体表面的电荷状态和界面性质，使超细颗粒表面能量状态趋于稳定，减缓氧化速度；另一方面被吸附的有机分子在粉末表面形成一层保护膜，阻碍与氧化反应有关的电荷或物质的转移，也使粉末的氧化速度明显减小。吸附在超细粉末表面的有机保护膜，除了在球磨过程中起到防止粉末氧化的作用之外，在粉料的储存阶段（未压制成形之前）可继续发挥作用，从而延缓粉料氧化。对比试验结果表明，未加入复配的苯骈三氮唑和2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)的混合粉料的氧含量为1.0～1.2%（重量百分比），而加入了复配的苯骈三氮唑和2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)混合粉料的氧含量降低到0.5～0.7%（重量百分比）。
本发明技术方案的突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
（1）在球磨之前或球磨过程中，向混合粉料中加入复配的苯骈三氮唑和2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，可有效控制超细粉料的氧含量，从而更精确控制超细金属陶瓷的碳含量，避免合金中出现缺碳相，稳定合金的质量，所制得的超细金属陶瓷的使用性能显著提高；
（2）该方案操作简便、易实施，适用于金属切削的精密车刀和铣刀等各种精密工具的加工制造，应用范围广，经济效益十分显著。
具体实施方式
下面及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：一种超细金属陶瓷制备过程中粉料氧含量的控制方法
将原料组分按照各自的重量百分比配成混合粉料，所述原料组分包括54%的粒度为0.2μm的Ti（C,N）粉、25%的粒度为0.8μm的Ni粉、15%的粒度为0.5μm的Mo粉以及6%的粒度为0.5μm的WC粉；配成的混合粉料投入到球磨罐内，合金球与混合粉料的重量比为5:1，每公斤混合粉料加入350ml的酒精，再按混合粉料重量的1.5％加入复配的苯骈三氮唑和2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，所述苯骈三氮唑与2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)的重量比为6:4，球磨48小时，球磨后的粉料在100℃的温度下干燥，干燥后再掺入PEG作为成型剂压制成形，成型剂的加入量为混合粉料重量的2.5%，在低压烧结炉内1330℃下烧结60min，得成品。
对比例：
除了不加入苯骈三氮唑和2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)之外，其它条件与实施例一完全相同，制得成品以作对比。
经检测，实施例一和对比例所得超细金属陶瓷各自的性能指标如表1所示。
表1
从表1所列的数据可以看出，采用本发明技术方案以后，氧含量明显减少，孔隙度也有所降低，合金抗弯强度显著提高。
实施例2：一种超细金属陶瓷制备过程中粉料氧含量的控制方法
将原料组分按照各自的重量百分比配成混合粉料，所述原料组分包括60%的粒度为0.5μm的Ti（C,N）粉、22%的粒度为1.0μm的Ni粉、12%的粒度为0.8μm的Mo粉以及6%的粒度为0.8μm的WC粉；配成的混合粉料投入到球磨罐内，合金球与混合粉料的重量比为5:1，每公斤混合粉料加入200ml的丙酮和150ml的己烷，再按混合粉料重量的1.5％加入复配的苯骈三氮唑和2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，所述苯骈三氮唑与2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)的重量比为3:7，球磨48小时，球磨后的粉料在100℃的温度下干燥，干燥后再掺入PEG、石蜡、丁钠橡胶三者的混合物作为成型剂压制成形，成型剂的加入量为混合粉料重量的3.5%，在低压烧结炉内1330℃下烧结60min，得成品。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种超细金属陶瓷制备过程中粉料氧含量的控制方法，将原料组分按照各自的重量百分比配成混合粉料，所述原料组分包括40~61%的Ti（C,N）粉、22~32%的Ni粉、12~20%的Mo粉以及5~8%的WC粉；然后加入湿磨介质，进行球磨36~50小时，球磨后粉料经过干燥再掺入成型剂压制成形，成型剂的加入量为所述混合粉料重量的1~5%，最后烧结制得超细金属陶瓷成品，其特征在于：在球磨之前或球磨过程中，还加入复配的苯骈三氮唑和2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，所述复配的苯骈三氮唑和2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)的加入量为混合粉料重量的0.1~2％，所述苯骈三氮唑与2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)的重量比为3~7:7~3。
2.根据权利要求1所述的超细金属陶瓷制备过程中粉料氧含量的控制方法，其特征在于：所述复配的苯骈三氮唑和2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)先在有机溶剂中溶解，有机溶剂为丙酮、己烷、酒精中的任意一种或任意两种的混合物、或三种的混合物，然后再加入到被球磨的混合粉料当中。
3.根据权利要求1所述的超细金属陶瓷制备过程中粉料氧含量的控制方法，其特征在于：所述湿磨介质为工业酒精、丙酮、己烷中的任意一种、或任意两种的混合物、或三种的混合物。
4.根据权利要求1所述的超细金属陶瓷制备过程中粉料氧含量的控制方法，其特征在于：所用成型剂为PEG、石蜡、丁钠橡胶中的任意一种、或任意两种的混合物、或三种的混合物。
5.根据权利要求1所述的超细金属陶瓷制备过程中粉料氧含量的控制方法，其特征在于：所述Ti（C,N）粉的颗粒规格尺寸为亚微细级0.5~0.8μm、或超细级0.2～0.5μm、或纳米级＜0.2μm；所述Ni粉的颗粒度为0.8～1.5μm，所述Mo粉的颗粒度为0.5～0.8μm；所述WC粉的颗粒度为0.2～0.8μm。
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