專利名稱：一種耐磨耐蝕金屬陶瓷刀刃材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及刀具制備技術(shù)，特別提供了一種耐磨耐蝕金屬陶瓷刀刃材料制備技術(shù)、及以該種耐蝕耐磨金屬陶瓷刀刃材料制作的塑料切粒刀。
背景技術(shù)：
TiC基金屬陶瓷與WC-Co硬質(zhì)合金相比，是以TiC顆粒替代WC顆粒作硬質(zhì)相，以Ni或NiCr合金替代了Co作粘結(jié)相。因TiC的熔點(3250℃)高于WC(2630℃)，TiC基金屬陶瓷抗氧化性能優(yōu)于WC-Co硬質(zhì)合金，TiC的密度只有WC密度的1/3。利用它們具有良好的抗氧化性及高溫強度和耐磨性等高溫性能制備耐磨耐蝕金屬陶瓷復合材料。特別是可以在NiCr粘結(jié)相中加入少量Al及Ti元素生成彌散粒子而增強其抗蠕變能力，TiC基金屬陶瓷復合材料呈現(xiàn)出良好的開發(fā)研究前景，是一種很有發(fā)展前途的新型金屬陶瓷復合材料。
金屬陶瓷的發(fā)展經(jīng)歷了從TiC基到Ti(C，N)基的階段。但Ti(C，N)基金屬陶瓷仍然存在不少問題，例如Ti(C，N)的潤濕性較差且在真空高溫燒結(jié)時易分解，造成制備的金屬陶瓷中存在空隙，使得到材料性能惡化；真空燒結(jié)時的平衡氮分壓受很多因素影響，很難控制，而Ti(C，N)中C與N的含量之間有一定比例關(guān)系，N含量控制不好容易造成游離C出現(xiàn)，影響材料性能。
目前國內(nèi)外石油化工聚乙烯、聚丙烯和聚酯合成樹脂切粒用的刀具大多為鋼刀或鋼結(jié)硬質(zhì)合金整體制造，使用前必須進行淬火處理，淬火處理技術(shù)難度大，易磨損，使用壽命不能滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種耐磨耐蝕金屬陶瓷刀刃材料、及以該種耐蝕耐磨金屬陶瓷刀刃材料制作的塑料切粒刀，它具有耐磨性、耐蝕性、抗氧化性好，高溫硬度、強度高，制造成本低等優(yōu)點。
本發(fā)明首先提供了一種耐磨耐蝕金屬陶瓷刀刃材料，其特征在于所述刀刃材料以TiC顆粒為基體，含有Ni粉25.0～40.0wt.％、Cr粉6.0～10.0wt.％、還含有少量的Al粉和Ti粉，Al粉和Ti粉的總含量低于3.0wt.％。
本發(fā)明提供的耐磨耐蝕金屬陶瓷刀刃材料中，可以含有Mo粉0.2～4.0wt.％。添加Mo可以改善TiC顆粒和NiCr合金的潤濕性。
本發(fā)明提供的耐磨耐蝕金屬陶瓷刀刃材料中，還可以含有TiN顆粒，含量4.0～8.0wt.％。
本發(fā)明提供了上述耐磨耐蝕金屬陶瓷刀刃材料的制備方法，采用粉末冶金方法，其特征在于采用橡膠為造粒成型劑，添加比例為原料粉的5～10％；成型壓力為100～150MPa；真空燒結(jié)溫度為1350～1450℃，保溫時間30～50min。
本發(fā)明耐磨耐蝕金屬陶瓷刀刃材料的制備方法中，所述造粒成型劑最好為聚丁橡膠和90#汽油浸泡后使用。
采用該發(fā)明工藝制備的耐磨耐蝕金屬陶瓷刀刃材料性能為抗彎強度≥1600MPa，硬度(HRC)58～63。
總之，本發(fā)明耐磨耐蝕金屬陶瓷刀刃材料，具有耐磨性、耐蝕性、抗氧化性好，高溫硬度、強度高，制造成本低等優(yōu)點。用該材料制作的耐蝕耐磨金屬陶瓷復合材料塑料切粒刀，適合于塑料、木材和造紙等行業(yè)的切削加工。也可用該材料制作模具、噴嘴和密封環(huán)等耐磨耐腐蝕機械零部件。
以上述耐磨耐蝕金屬陶瓷刀刃材料為基礎(chǔ)，本發(fā)明另外提供了一種耐蝕耐磨金屬陶瓷復合材料塑料切粒刀，其特征在于所述切粒刀由耐磨耐蝕金屬陶瓷刀刃材料和低合金不銹鋼或高強結(jié)構(gòu)鋼刀體材料復合構(gòu)成；所述刀刃材料以TiC顆粒為基體，含有Ni粉25.0～40.0wt.％、Cr粉6.0～10.0wt.％、還含有少量的Al粉和Ti粉，總含量低于3.0wt.％。
本發(fā)明耐蝕耐磨金屬陶瓷復合材料塑料切粒刀中，含有Mo粉0.2～4.0wt.％。
本發(fā)明耐蝕耐磨金屬陶瓷復合材料塑料切粒刀中，含有TiN顆粒，含量4.0～8.0wt.％。
本發(fā)明耐蝕耐磨金屬陶瓷復合材料塑料切粒刀中，所述刀體材料優(yōu)先選用3Cr13或40Cr鍛件或鑄件。
本發(fā)明耐蝕耐磨金屬陶瓷復合材料塑料切粒刀的制造方法中，所述刀刃材料采用粉末冶金方法制備，以橡膠為造粒成型劑，添加比例為原料粉的5～10％；成型壓力為100～150MPa；真空燒結(jié)溫度為1350～1450℃，保溫時間30～50min。
本發(fā)明提供了上述耐蝕耐磨金屬陶瓷復合材料塑料切粒刀的制造方法，其特征在于采用真空擴散焊的方法將刀體材料與刀刃材料復合成形；真空擴散焊接溫度為1340～1370℃，保溫時間3～5min。
采用該發(fā)明工藝制備的耐磨耐蝕金屬陶瓷復合材料切粒刀的性能為刀刃部分，抗彎強度≥1600MPa，硬度(HRC)58～62；刀體硬度(HRC)38～45，抗拉強度≥600MPa；刀刃和刀體界面連接強度≥400MPa。
本發(fā)明耐蝕耐磨金屬陶瓷復合材料塑料切粒刀與鋼切粒刀相比，耐用度和使用壽命提高至5～10倍；本發(fā)明耐蝕耐磨金屬陶瓷復合材料塑料切粒刀與鋼結(jié)硬質(zhì)合金相比，耐用度和使用壽命提高至1～3倍，并且本發(fā)明耐蝕耐磨金屬陶瓷復合材料塑料切粒刀的制造成本與鋼結(jié)硬質(zhì)合金相當或略低；另外本發(fā)明耐蝕耐磨金屬陶瓷復合材料塑料切粒刀具有更高的可靠性。


圖1為本發(fā)明耐磨耐蝕金屬陶瓷復合材料切粒刀背面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明耐磨耐蝕金屬陶瓷復合材料切粒刀正面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明耐磨耐蝕金屬陶瓷復合材料切粒刀刀體和刀刃連接界面微觀結(jié)構(gòu)；圖4為本發(fā)明耐磨耐蝕金屬陶瓷復合材料切粒刀制備工藝流程圖；圖中1為刀體，2為刀刃。
具體實施例方式實施例1耐磨耐蝕金屬陶瓷刀刃材料的制備以Ni粉40.0wt.％、Cr粉10.0wt.％、Al粉1.0wt％、Ti粉2.0wt％，余量為平均直徑3.5μm的TiC顆粒進行機械混合，造粒后在120MPa下冷壓力成型，真空燒結(jié)溫度為1370℃，保溫時間30min。
實施例2耐磨耐蝕金屬陶瓷刀刃材料的制備以Ni粉40wt.％、Cr粉10.0wt％、Al粉1.0wt％、Ti粉2.0wt％、Mo粉0.5wt.％，余量為平均直徑3.5μm的TiC顆粒進行機械混合，造粒后在120MPa下冷壓力成型，真空燒結(jié)溫度為1375℃，保溫時間30min。
實施例3耐磨耐蝕金屬陶瓷刀刃材料的制備以Ni粉30wt.％、Cr粉6.0wt％、Al粉0.8wt％、Ti粉1.8wt％，余量為平均直徑3.5μm的TiC顆粒進行機械混合，造粒后在150MPa下冷壓力成型，真空燒結(jié)溫度為1375℃，保溫時間25min。
實施例4耐磨耐蝕金屬陶瓷刀刃材料的制備以Ni粉30wt.％、Cr粉6.0wt％、Al粉0.8wt％、Ti粉1.8wt％、Mo粉0.5wt.％，余量為平均直徑3.5μm的TiC顆粒進行機械混合，造粒后在150MPa下冷壓力成型，真空燒結(jié)溫度為1385℃，保溫時間25min。
實施例5耐磨耐蝕金屬陶瓷刀刃材料的制備以Ni粉25wt.％、Cr粉5.0wt％、Al粉0.7wt％、Ti粉1.5wt％、Mo粉0.5wt.％，余量為平均直徑3.5μm的TiC顆粒進行機械混合，造粒后在150MPa下冷壓力成型，真空燒結(jié)溫度為1410℃，保溫時間30min。
實施例6刀刃材料的制備以Ni粉25wt.％、Cr粉5.0wt％、Al粉0.7wt％、Ti粉1.5wt％、Mo粉0.5wt.％，1.5μm的TiN顆粒6.0wt.％、余量為平均直徑3.5μm的TiC顆粒進行機械混合，造粒后在150MPa下冷壓力成型，真空燒結(jié)溫度為1420℃，保溫時間30min。
實施例7耐磨耐蝕金屬陶瓷復合材料切粒刀制備以實施例2制備的材料為刀刃材料，選用3Cr13作為刀體材料，在1355℃溫度下進行真空擴散焊接，保溫時間3min，刀體和刀刃連接界面微觀結(jié)構(gòu)見圖2。
實施例8耐磨耐蝕金屬陶瓷復合材料切粒刀制備以實施例3制備的材料為刀刃材料，選用3Cr13作為刀體材料，在1352℃溫度下進行真空擴散焊接，保溫時間3min。
實施例9耐磨耐蝕金屬陶瓷復合材料切粒刀制備以實施例1制備的材料為刀刃材料，選用40Cr作為刀體材料，在1360℃溫度下進行真空擴散焊接，保溫時間5min。
實施例10耐磨耐蝕金屬陶瓷復合材料切粒刀制備以實施例4制備的材料為刀刃材料，選用40Cr作為刀體材料，在1350℃溫度下進行真空擴散焊接，保溫時間4min。
實施例11耐磨耐蝕金屬陶瓷復合材料切粒刀制備以實施例5制備的材料為刀刃材料，選用3Cr13作為刀體材料，在1358℃溫度下進行真空擴散焊接，保溫時間4min。
實施例12耐磨耐蝕金屬陶瓷復合材料切粒刀制備以實施例6制備的材料為刀刃材料，選用3Cr13作為刀體材料，在1360℃溫度下進行真空擴散焊接，保溫時間5min。
權(quán)利要求
1.一種耐磨耐蝕金屬陶瓷刀刃材料，其特征在于所述刀刃材料以TiC顆粒為基體，含有Ni粉25.0～40.0wt.％、Cr粉6.0～10.0wt.％、少量的Al粉和Ti粉，Al粉和Ti粉的總含量低于3.0wt.％。
2.按照權(quán)利要求1所述耐磨耐蝕金屬陶瓷刀刃材料，其特征在于所述刀刃材料中，含有Mo粉0.2～4.0wt.％。
3.按照權(quán)利要求1或2所述耐磨耐蝕金屬陶瓷復合刀刃材料，其特征在于所述刀刃材料中，含有TiN顆粒，含量4.0～8.0wt.％。
4.一種權(quán)利要求1、2或3所述耐磨耐蝕金屬陶瓷刀刃材料的制備方法，采用粉末冶金真空燒結(jié)方法，其特征在于采用橡膠為造粒成型劑，添加比例為原料粉的5～10％；成型壓力為100～150MPa；真空燒結(jié)溫度為1350～1450℃，保溫時間30～50min。
5.按照權(quán)利要求3所述耐磨耐蝕金屬陶瓷刀刃材料的制備方法，其特征在于所述造粒成型劑為聚丁橡膠和90#汽油浸泡后使用。
全文摘要
一種耐磨耐蝕金屬陶瓷刀刃材料，其特征在于所述刀刃材料以TiC顆粒為基體，含有Ni粉25.0～40.0wt.％、Cr粉6.0～10.0wt.％、少量的Al粉和Ti粉，Al粉和Ti粉的總含量低于3.0wt.％。本發(fā)明耐磨耐蝕金屬陶瓷刀刃材料，具有耐磨性、耐蝕性、抗氧化性好，高溫硬度、強度高，制造成本低等優(yōu)點。用該材料制作的耐蝕耐磨金屬陶瓷復合材料塑料切粒刀，適合于塑料、木材和造紙等行業(yè)的切削加工。也可用該材料制作模具、噴嘴和密封環(huán)等耐磨耐腐蝕機械零部件。
文檔編號C22C1/04GK1789462SQ20041008296
公開日2006年6月21日 申請日期2004年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月14日
發(fā)明者劉越, 王全兆, 畢敬, 關(guān)德慧, 裴紅川 申請人:中國科學院金屬研究所