一種多級復合金屬陶瓷、其制備方法及盾構刀具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于硬質(zhì)合金技術領域，尤其涉及一種多級復合金屬陶瓷、其制備方法及盾構刀具。本發(fā)明提供了一種多級復合金屬陶瓷，本發(fā)明提供的多級復合金屬陶瓷，包括基體相和分布在基體相內(nèi)部的若干團粒；所述團粒包括耐磨相和包覆在耐磨相表面的過渡相；所述耐磨相包括TiC?Ni?Mo2C合金，所述過渡相包括WC?Co合金。本發(fā)明以TiC?Ni?Mo2C合金作為超硬耐磨相，被WC?Co合金過渡相包圍在中間，形成超硬復合金屬陶瓷團粒，將該復合金屬陶瓷團粒均勻分布在基體相中，得到具有特殊結構的多級復合金屬陶瓷，本發(fā)明中的多級復合金屬陶瓷同時具有較高的耐磨性和較高的斷裂韌性。
【專利說明】
一種多級復合金屬陶瓷、其制備方法及盾構刀具
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于硬質(zhì)合金技術領域，尤其涉及一種多級復合金屬陶瓷、其制備方法及 盾構刀具。
【背景技術】
[0002] 在我國，習慣上將用于軟土地層的隧道掘進機稱為盾構機，用盾構機進行隧洞施 工具有自動化程度高、節(jié)省人力、施工速度快、一次成洞、不受氣候影響、開挖時可控制地面 沉降、減少對地面建筑物的影響和在水下開挖時不影響水面交通等特點，在隧洞洞線較長、 埋深較大的情況下，用盾構機施工更為經(jīng)濟合理。
[0003] 對于盾構機來說，掘削系統(tǒng)對于盾構機的施工效果有著決定性的影響，掘削系統(tǒng) 包括掘削刀盤及其驅(qū)動系統(tǒng)，掘削刀盤為能夠轉動或搖動的盤狀掘削器，由盾構刀具、面 板、出土槽口、驅(qū)動機構和軸承機構等構成。其中，盾構刀具作為開挖地層的直接作用部件， 其性能直接影響盾構機的切削效果、出土狀況和掘進速度。
[0004] 盾構刀具通常由硬質(zhì)合金制成，與硬質(zhì)合金在金屬機加工領域的應用相比，硬質(zhì) 合金在盾構領域的應用中通常要經(jīng)受高磨損和高沖擊震動并存的工作條件，其失效機理包 括磨粒磨損，沖蝕磨損，熱疲勞裂紋，應力、沖擊疲勞裂紋，以及由這些裂紋所引發(fā)的斷裂 等，因此，用于盾構刀具的硬質(zhì)合金需同時具備高的耐磨性和高的斷裂韌性。目前盾構領域 的硬質(zhì)合金主要是粗晶粒的均勻結構的傳統(tǒng)硬質(zhì)合金，雖然斷裂韌性較高，但耐磨性非常 低，成為鑿巖刀具壽命短的根本原因。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種多級復合金屬陶瓷、其制備方法及盾構刀 具，本發(fā)明提供的多級復合金屬陶瓷具有較高的耐磨性和斷裂韌性。
[0006] 本發(fā)明提供了一種多級復合金屬陶瓷，包括基體相和分布在基體相內(nèi)部的若干團 粒；
[0007] 所述團粒包括耐磨相和包覆在耐磨相表面的過渡相；所述耐磨相包括TiC-Ni-M〇2C合金，所述過渡相包括WC-Co合金。
[0008] 優(yōu)選的，所述團粒總體在所述多級復合金屬陶瓷中的體積分數(shù)為32~90%。
[0009] 優(yōu)選的，所述耐磨相的粒徑為10~lOOOym。
[0010]優(yōu)選的，所述過渡相的厚度為2~50mi。
[0011] 優(yōu)選的，耐磨相中，所述TiC-Ni-M〇2C合金的Ni含量為5~40wt%，M〇2C含量為5~ 40wt% 〇
[0012] 優(yōu)選的，過渡相中，所述WC-Co合金的Co含量為6~40wt%。
[0013] 優(yōu)選的，所述過渡相包括多層過渡相層;相鄰兩層過渡相層中，內(nèi)層過渡相層的硬 度大于外層過渡相層的硬度。
[0014] 優(yōu)選的，所述過渡相包括依次接觸的第一過渡相層、第二過渡相層和第三過渡相 層，所述第一過渡相層包覆在所述耐磨相表面;所述第一過渡相層包括Co含量為6~10wt% 的WC-Co合金;所述第二過渡相層包括Co含量為10~18wt %的WC-Co合金;所述第三過渡相 層包括Co含量為18~40wt%的WC-Co合金。
[0015]本發(fā)明提供了一種上述技術方案所述的多級復合金屬陶瓷的制備方法，包括以下 步驟：
[0016] A)在耐磨相外層包覆過渡相，得到團粒;所述耐磨相包括TiC-Ni-M〇2C合金，所述 過渡相包括WC-Co合金；
[0017] B)將團粒與基體相混合，進行燒結，得到多級復合金屬陶瓷。
[0018] 本發(fā)明提供了一種盾構刀具，包括上述技術方案所述的多級復合金屬陶瓷或上述 技術方案所述方法制得的多級復合金屬陶瓷。
[0019] 本發(fā)明提供了一種多級復合金屬陶瓷，本發(fā)明提供的多級復合金屬陶瓷，包括基 體相和分布在基體相內(nèi)部的若干團粒;所述團粒包括耐磨相和包覆在耐磨相表面的過渡 相;所述耐磨相包括TiC-Ni-M 〇2C合金，所述過渡相包括WC-Co合金。本發(fā)明以TiC-Ni-M〇2C^ 金作為超硬耐磨相，被WC-Co合金過渡相包圍在中間，形成超硬復合金屬陶瓷團粒，將該復 合金屬陶瓷團粒均勻分布在基體相中，得到具有特殊結構的多級復合金屬陶瓷，本發(fā)明中 的多級復合金屬陶瓷同時具有較高的耐磨性和較高的斷裂韌性。實驗結果表明，本發(fā)明中 的多級復合金屬陶瓷的耐磨性彡1.5krev/mm 3(根據(jù)ASTM-B611)，硬度彡8GPa，斷裂韌性為 彡 18MPa ? m1/2〇
【附圖說明】
[0020] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù) 提供的附圖獲得其他的附圖。
[0021] 圖1為本發(fā)明實施例1提供的多級復合金屬陶瓷的微觀結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例 僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技 術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范 圍。
[0023] 本發(fā)明提供了一種多級復合金屬陶瓷，包括基體相和分布在基體相內(nèi)部的若干團 粒；
[0024] 所述團粒包括耐磨相和包覆在耐磨相表面的過渡相；所述耐磨相包括TiC-Ni-M〇2C合金，所述過渡相包括WC-Co合金。
[0025]本發(fā)明以硬度較低而韌性較高的金屬陶瓷作為基體相，所述基體相的材質(zhì)優(yōu)選包 括WC-Co合金、純Co、純Ni、Ni基增韌基體相、Ni3Al、高強鋼、高溫合金、形狀記憶合金、銅基 合金、鋁基合金增強復合材料中的一種或幾種;所述增強復合材料優(yōu)選為以WC-Co合金、純 Co、純Ni、Ni基增韌基體相、Ni 3Al、高強鋼、高溫合金、形狀記憶合金、銅基合金和鋁基合金 為基體的陶瓷顆粒、晶須和纖維增強的復合材料。所述基體相在多級復合金屬陶瓷中的體 積分數(shù)優(yōu)選為10~68%，更優(yōu)選為15~60%，最優(yōu)選為20~55%。在本發(fā)明中，基體相中的 所述WC-Co合金中Co的含量較高，Co的質(zhì)量分數(shù)優(yōu)選為25~85%，更優(yōu)選為35~75%，最優(yōu) 選為45~70 %，余量為WC，這使得增韌基體相中WC晶粒的平均自由程得到明顯提高，保證了 多級復合金屬陶瓷的高韌性。
[0026]在本發(fā)明中，基體相內(nèi)部分布有若干團粒，所述團粒包括耐磨相和包覆在耐磨相 表面的過渡相。其中，所述耐磨相包括TiC-Ni-M〇2C合金;所述TiC-Ni-M〇2C合金的Ni含量優(yōu) 選為5~40wt%，更優(yōu)選為10~35wt%，最優(yōu)選為10~15wt% ;所述TiC-Ni-M〇2C合金的Mo2C 含量優(yōu)選為5~40wt%，更優(yōu)選為5~10wt%。在本發(fā)明中，所述耐磨相的粒徑優(yōu)選為10~ lOOOwn，更優(yōu)選為 100 ~300ym。
[0027]在本發(fā)明中，所述過渡相包括WC-Co合金；所述WC-Co合金的Co含量優(yōu)選為6~ 40wt%，更優(yōu)選為8~30wt%，最優(yōu)選為10~15wt%。在本發(fā)明中，所述過渡相的厚度優(yōu)選為 2~50wii，更優(yōu)選為5~20wii，最優(yōu)選為5~15wii。在本發(fā)明提供的一個實施例中，所述過渡相 包括多層過渡相層;相鄰兩個過渡相層中，內(nèi)層過渡相層的硬度大于外層過渡相層的硬度； 每個所述過渡相層的厚度優(yōu)選為2~lOym，更優(yōu)選為5~6ym ;在本發(fā)明提供的另一個實施例 中，所述過渡相包括依次接觸的第一過渡相層、第二過渡相層和第三過渡相層，所述第一過 渡相層包覆在所述耐磨相表面;所述第一過渡相層包括Co含量為6~10wt%的WC-Co合金， 優(yōu)選包括Co含量為7~8wt %的WC-Co合金;所述第二過渡相層包括Co含量為10~18wt %的 WC-Co合金，優(yōu)選包括Co含量為15~16wt %的WC-Co合金;所述第三過渡相層包括Co含量為 18~40wt %的WC-Co合金，優(yōu)選包括Co含量為30~35wt %的WC-Co合金。
[0028]在本發(fā)明中，所述團粒總體在所述多級復合金屬陶瓷中的體積分數(shù)優(yōu)選為32~ 90%，更優(yōu)選為40~80 %，最優(yōu)選為60~75%，具體的，在本發(fā)明的實施例中，可以是70%。 在本發(fā)明提供的一個實施例中，所述耐磨相、過渡相和基體相的體積比優(yōu)選為(30~80): (2 ~40): (10~68)，更優(yōu)選為（40~75): (10~30): (17~58)，最優(yōu)選為（60~70): (15~25): (24~38)，最最優(yōu)選為所述耐磨相、過渡相和基體相的體積比優(yōu)選為（30~80): (2~40): (10~68)，更優(yōu)選為（40~75): (5~20): (17~58)，最優(yōu)選為（52.5~63.4): (6.6~17.5): 30 〇
[0029]本發(fā)明以TiC-Ni_M〇2C合金作為超硬耐磨相，被WC-Co合金過渡相包圍在中間，形 成超硬復合金屬陶瓷團粒，將該復合金屬陶瓷團粒均勻分布在增韌基體相中，得到具有特 殊結構的多級復合金屬陶瓷，本發(fā)明中的多級復合金屬陶瓷同時具有較高的耐磨性和較高 的斷裂韌性。實驗結果表明，本發(fā)明中的多級復合金屬陶瓷的耐磨性多1.5kre V/mm3 (ASTM-8611)，硬度彡86?3，斷裂韌性為彡18?&11/2。
[0030] 本發(fā)明提供了一種上述技術方案所述多級復合金屬陶瓷的制備方法，包括以下步 驟：
[0031] A)在耐磨相外層包覆過渡相，得到團粒;所述耐磨相包括TiC-Ni-M02C合金，所述 過渡相包括WC-Co合金；
[0032] B)將團粒與基體相混合，進行燒結，得到多級復合金屬陶瓷。
[0033]在本發(fā)明提供的制備方法中，首先提供耐磨相，以TiC-Ni_M〇2C合金作為耐磨相為 例，本發(fā)明優(yōu)選按照以下方法制備耐磨相：
[0034] 首先，將TiC、M〇2C、Ni和成型劑混合，得到混合物；之后將所述混合物依次進行濕 磨、干燥制粒、過篩、脫蠟和燒結，得到耐磨相。在本發(fā)明中，所述成型劑優(yōu)選為石蠟、PEG、橡 膠。在本發(fā)明中，所述石蠟的質(zhì)量優(yōu)選為所述混合物質(zhì)量的1~10%，更優(yōu)選為1.2~8%，最 優(yōu)選為1.8~6%，最最優(yōu)選為1.8~2.2%。在本發(fā)明中，所述濕磨的球磨速度優(yōu)選為100~ 250r/min，更優(yōu)選為150~200r/min，最優(yōu)選為160~180r/min。在本發(fā)明中，所述濕磨的時 間優(yōu)選為1~48h，更優(yōu)選為20~40h，最優(yōu)選為25~35h。在本發(fā)明中，所述干燥制粒的溫度 優(yōu)選為50~90°C，更優(yōu)選為55~80°C，最優(yōu)選為60°C。在本發(fā)明中，所述的脫蠟可以在氫氣、 氬氣、氮氣中進行，脫錯溫度400~600°C，脫錯時間0.5~2h，燒結可以在氫氣、氬氣、氮氣、 真空中進行，燒結溫度1100~1500°C。本發(fā)明對所述制粒的方法沒有特殊的限制，可采用本 領域技術人員熟知的噴霧造?；驖L筒造粒。在本發(fā)明中，所述耐磨相的材質(zhì)與用量與上述 技術方案中過耐磨的材質(zhì)和用量一致，在此不再贅述。
[0035] 獲得耐磨相后，將過渡相包覆在耐磨相外層，本發(fā)明優(yōu)選在耐磨相球形粉體顆粒 外層包覆過渡相，得到團粒。具體的，可以將耐磨相球形粉體顆粒放在加入含有成型劑的過 渡相粉體中，然后依次進行濕磨、干燥制粒、過篩、脫蠟和燒結，得到內(nèi)部為耐磨相、外層包 覆有過渡相的球形團粒。在本發(fā)明中，所述成型劑優(yōu)選為石蠟、PEG、橡膠。在本發(fā)明中，所述 石蠟的質(zhì)量優(yōu)選為所述混合物質(zhì)量的1~10 %，更優(yōu)選為1.2~8 %，最優(yōu)選為1.8~6 %，最 最優(yōu)選為1.8~2.2 %。在本發(fā)明中，所述濕磨的球磨速度優(yōu)選為100~250r/min，更優(yōu)選為 150~200r/min，最優(yōu)選為160~180r/min。在本發(fā)明中，所述濕磨的時間優(yōu)選為1~48h，更 優(yōu)選為20~40h，最優(yōu)選為25~35h。在本發(fā)明中，所述干燥制粒的溫度優(yōu)選為50~70°C，更 優(yōu)選為55~65°C，最優(yōu)選為60°C。在本發(fā)明中，所述的脫錯可以在氫氣、氬氣、氮氣中進行， 脫蠟溫度400~600°C，脫蠟時間0.5~2h，燒結可以在氫氣、氬氣、氮氣、真空中進行，燒結溫 度1100~1500°C。本發(fā)明對所述制粒的方法沒有特殊的限制，可采用本領域技術人員熟知 的噴霧造?；驖L筒造粒。在本發(fā)明中，所述過渡相的材質(zhì)與用量與上述技術方案中過渡相 的材質(zhì)和用量一致，在此不再贅述。
[0036] 得到團粒后，本發(fā)明將團粒與基體相混合，進行燒結。在本發(fā)明中，可采用熱壓燒 結，放電等離子燒結、微波燒結或熱等靜壓燒結等燒結方式，優(yōu)選放電等離子燒結（Spark Plasma Sintering，SPS)制備多級復合金屬陶瓷。SPS技術利用放電脈沖在粉末顆粒間產(chǎn)生 等離子體，同時在粉末表層產(chǎn)生焦耳熱，極大加速了粉末凈化、燒結頸長大、體擴散、晶界擴 散、以及蒸發(fā)-凝聚等燒結致密化機制，能夠在比常規(guī)液相燒結低幾百度的溫度下實現(xiàn)快速 致密。用SPS技術可在較低的燒結溫度、很短的保溫時間、可控的燒結壓力下制備出晶粒組 織較均勻、致密度高的超細乃至納米結構的金屬陶瓷，并且力學性能產(chǎn)生奇異的"雙高(硬 度與斷裂韌性)"特性。與傳統(tǒng)金屬陶瓷液相燒結工藝比較，放電等離子燒結具有快速致密 化和防止晶粒長大的優(yōu)勢，尤其適用于多級復合等非均勻結構金屬陶瓷的制備。在本發(fā)明 中，所述燒結的溫度優(yōu)選為500~1600°C，更優(yōu)選為800~1400°C ;所述燒結的壓強優(yōu)選為20 ~45MPa，更優(yōu)選為40~45MPa;所述燒結過程中的保溫時間優(yōu)選為0.02~3h，更優(yōu)選為5~ 30min，最優(yōu)選為5~lOmin。燒結結束后，得到多級復合金屬陶瓷。
[0037] 本發(fā)明提供的方法能夠制備得到具有特殊結構的多級復合金屬陶瓷，該多級復合 金屬陶瓷同時具有較高的耐磨性和較高的斷裂韌性。實驗結果表明，采用本發(fā)明提供的方 法制得的多級復合金屬陶瓷的耐磨性彡1.5krev/mm 3 (ASTM-B611)，硬度彡8GPa，斷裂韌性 為彡 18Pa ? m1/2。
[0038]本發(fā)明還提供了一種盾構刀具，包括上述技術方案中的多級復合金屬陶瓷。本發(fā) 明中的多級復合金屬陶瓷屬于非均勻結構金屬陶瓷，適宜對土壤、巖石的掘進和切削，由本 發(fā)明中的多級復合金屬陶瓷制成的盾構刀具其耐磨性及使用壽命能夠比金屬陶瓷刀具提 高50%以上，硬度大于85HRA。
[0039]本發(fā)明按照ASTM E399測試了本發(fā)明中多級復合金屬陶瓷的斷裂韌性，結果表明， 本發(fā)明中的多級復合金屬陶瓷的斷裂韌性最高可達30MPa ? m1/2。
[0040] 本發(fā)明按照ASTM B611測試了本發(fā)明中多級復合金屬陶瓷的耐磨性，結果表明，本 發(fā)明中的多級復合金屬陶瓷的耐磨性比結構均勻的常規(guī)金屬陶瓷提高15~30%。
[0041] 本發(fā)明測試了本發(fā)明中多級復合金屬陶瓷的維氏硬度，結果表明，本發(fā)明中的多 級復合金屬陶瓷的硬度最高可達9.5GPa。
[0042]為了進一步說明本發(fā)明，以下結合實施例對本發(fā)明提供的一種多級復合金屬陶 瓷、其制備方法及盾構刀具進行詳細描述，但不能將其理解為對本發(fā)明保護范圍的限定。 [0043]為了進一步說明本發(fā)明，以下結合理論實施例對本發(fā)明提供的一種多級復合金屬 陶瓷、其制備方法及盾構刀具進行詳細描述，但不能將其理解為對本發(fā)明保護范圍的限定。
[0044] 實施例1
[0045] 1)按照下述方法制備得到耐磨相：
[0046] 將10wt ? %Ni、80wt ? %TiC、10wt ? %M〇2C和2wt ? %石錯混合，得到混合物；將所述 混合物依次進行濕磨、干燥制粒、過篩、脫蠟和燒結，得到耐磨相團粒。所述濕磨的球磨速度 優(yōu)選為200r/min，濕磨的時間48小時，干燥制粒的溫度60°C。脫蠟在氫氣中進行，脫蠟溫度 400 °C，脫蠟時間2小時，燒結在真空中進行，燒結溫度1400 °C。本實施例制備得到的耐磨相 的粒徑為 100M1，成分為 TiC-10Ni-10M〇2C。
[0047] 2)按照下述方法制備得到過渡相：
[0048] 過渡相的WC-Co由85wt. %WC粉末和15wt. %Co粉以及2wt. %石蠟混合制備。將 46.3g混合好的過渡相WC-Co粉末與53.7g步驟1)制得的耐磨相團粒依次進行濕磨、干燥制 粒、過篩、脫蠟、燒結，最終制備出平均粒徑為1 l〇Mi的耐磨相-過渡相團粒。所述濕磨的球磨 速度優(yōu)選為200r/min，濕磨的時間48小時，干燥制粒的溫度60°C。脫蠟在氫氣中進行，脫蠟 溫度400 °C，脫蠟時間2小時，燒結在真空中進行，燒結溫度1200 °C。本實施例制備得到的過 渡相平均厚度為5wn，成分為WC-15wt ? % Co。
[0049] 3)采用WC_70wt. %Co作為基體相，所述基體相的制備方法：
[0050] 基體相的WC-Co由WC粉末和Co粉混合制備，其中WC粉和Co粉均可在市場購得。將 63.4g步驟2)制備的耐磨相-過渡相團粒與36.6g的基體相粉末混合，混合均勻后在41MPa下 在1250°C下進行放電等離子燒結，保溫10分鐘，得到多級復合金屬陶瓷。多級復合金屬陶瓷 中，以體積分數(shù)計，耐磨相52.5 %，過渡相17.5 %，基體相30 %。
[0051]本實施例制備得到的多級復合金屬陶瓷，其微觀結構具有圖1中的結構。圖1是本 發(fā)明實施例1提供的多級復合金屬陶瓷的微觀結構示意圖，圖1中1表示耐磨相，2表示過渡 相，3表示基體相。
[0052] 實施例2
[0053] 1)按照下述方法制備得到耐磨相：
[0054] 將lOwt ? %Ni、80wt ? %TiC、lOwt ? %M〇2C和2wt ? %石錯混合，得到混合物；將所述 混合物依次進行濕磨、干燥制粒、過篩、脫蠟和燒結，得到耐磨相團粒。所述濕磨的球磨速度 優(yōu)選為200r/min，濕磨的時間48小時，干燥制粒的溫度60°C。脫蠟在氫氣中進行，脫蠟溫度 400 °C，脫蠟時間2小時，燒結在真空中進行，燒結溫度1400 °C。本實施例制備得到的耐磨相 的粒徑為 150wii，成分為 TiC-10Ni-10M〇2C。
[0055] 2)按照下述方法制備得到過渡相：
[0056] 過渡相的WC-Co由85wt. %WC粉末和15wt. %Co粉以及2wt%石蠟混合制備。將 35.6g混合好的過渡相WC-Co粉末與64.4g步驟1)制得的耐磨相團粒依次進行濕磨、干燥制 粒、過篩、脫蠟、燒結，最終制備出平均粒徑為160wii的耐磨相-過渡相團粒。所述濕磨的球磨 速度優(yōu)選為200r/min，濕磨的時間48小時，干燥制粒的溫度60°C。脫蠟在氫氣中進行，脫蠟 溫度400 °C，脫蠟時間2小時，燒結在真空中進行，燒結溫度1200 °C。本實施例制備得到的過 渡相的平均厚度為5mi，成分為WC-15wt ? % Co。
[0057] 3)采用WC_70wt. % Co作為基體相，所述基體相制備方法：
[0058] 基體相的WC-Co由WC粉末和Co粉混合制備，其中WC粉和Co粉均可在市場購得。將 61.3g步驟2)制備的耐磨相-過渡相團粒與38.7g的基體相粉末混合，混合均勻后在41MPa下 在1250°C下等離子燒結，保溫10分鐘，得到多級復合金屬陶瓷。多級復合金屬陶瓷中，以體 積分數(shù)計，耐磨相57.7 %，過渡相12.3 %，基體相30 %。
[0059] 實施例3
[0060] 1)按照下述方法制備得到耐磨相：
[0061 ] 將10wt ? %Ni、80wt ? %TiC、10wt ? %M〇2C和2wt ? %石錯混合，得到混合物；將所述 混合物依次進行濕磨、干燥制粒、過篩、脫蠟和燒結，得到耐磨相團粒。所述濕磨的球磨速度 為200r/min，濕磨的時間48小時，干燥制粒的溫度60°C。脫蠟在氫氣中進行，脫蠟溫度400 °C，脫蠟時間2小時，燒結在真空中進行，燒結溫度1400 °C。本實施例制備得到的耐磨相的粒 徑為 300wii，成分為 TiC-10Ni-10M〇2C。
[0062] 2)按照下述方法制備得到過渡相：
[0063] 過渡相的WC-Co由85wt. %WC粉末和15wt. %Co粉以及2wt. %成型劑混合制備。將 21.2g混合好的過渡相WC-Co粉末與78.8g步驟1)制得的耐磨相團粒依次進行濕磨、干燥制 粒、過篩、脫蠟、燒結，最終制備出平均粒徑為3 lOwii的耐磨相-過渡相團粒。所述濕磨的球磨 速度優(yōu)選為200r/min，濕磨的時間48小時，干燥制粒的溫度60°C。脫蠟在氫氣中進行，脫蠟 溫度400 °C，脫蠟時間2小時，燒結在真空中進行，燒結溫度1200 °C。本實施例制備得到的過 渡相的平均厚度為5mi，成分為WC-15wt ? % Co。
[0064] 3)采用WC_70wt. % Co作為基體相，所述基體相的制備方法：
[0065] 基體相的WC-Co由WC粉末和Co粉混合制備，其中WC粉和Co粉均可在市場購得。將 58.7g步驟2)制備的耐磨相-過渡相團粒與41.3g的基體相粉末混合，混合均勻后在41MPa下 在1200°C下放電等離子燒結，保溫5分鐘，得到多級復合金屬陶瓷。多級復合金屬陶瓷中，以 體積分數(shù)計，耐磨相63.4%，過渡相6.6%，基體相30%。
[0066] 實施例4
[0067] 1)按照實施例3中的方法制備得到粒徑為300mi的TiC-10Ni_10Mo2C合金球形耐磨 相團粒；
[0068] 2)按照下述方法制備得到第一層過渡相層：
[0069] 將92wt. %WC_8wt. %Co和石錯混合，得到混合物；
[0070] 將21.5g所述混合物與76.6g所述耐磨相團粒在200r/min下進行48小時濕磨、60°C 下干燥制粒、過篩;將得到的球粒在氫氣中400 °C下進行0.5小時的脫蠟，然后在1200 °C真空 條件下進行燒結，得到耐磨相與第一層過渡相層組成的團粒，所述第一層過渡相層的平均 厚度為5wn。
[0071] 3)按照下述方法制備得到第二層過渡相層：
[0072] 將85wt. %WC_15wt. %Co和石錯混合，得到混合物；
[0073]將21.9g所述混合物與98. lg的所述耐磨相與第一層過渡相層組成的團粒在200r/ min下進行48小時濕磨、60 °C下干燥制粒、過篩;將得到的球粒在氫氣中400 °C下進行2小時 的脫蠟，然后在1200°C真空條件下進行燒結，得到耐磨相與第一層+第二層過渡相層組成的 團粒，所述第二層過渡相層的平均厚度為5mi。
[0074] 4)按照下述方法制備得到第三層過渡相層：
[0075] 將70wt. %WC_30wt. %Co和石蠟混合，得到混合物；
[0076]將21. lg所述混合物與120g的耐磨相與第一層+第二層過渡相層組成的團粒在 200r/min下進行48小時濕磨、60 °C下干燥制粒、過篩、；將得到的球粒在氫氣中400 °C下進行 2小時的脫蠟，然后在1200°C真空條件下進行燒結，得到耐磨相與第一層+第二層+第三層過 渡相層組成的團粒，所述第三層過渡相層的平均厚度為5wii。
[0077] 5)采用30wt. %WC_70wt. %Co合金作為基體相，所述基體相的制備方法為：
[0078] 將30wt. %WC_70wt. %Co和石蠟混合，得到混合物；
[0079] 將82.4g所述混合物與141. lg耐磨相與三層過渡相層組成的團粒在200r/min下進 行48小時濕磨、60 °C下干燥制粒、過篩;將得到的球粒在氫氣中400 °C下進行2小時的脫蠟， 然后在41MPa，1200°C進行放電等離子燒結，保溫5分鐘，得到最終的多級復合金屬陶瓷。多 級復合金屬陶瓷中，耐磨相-過渡相團粒的平均粒徑為330mi，以體積分數(shù)計，耐磨相 52.6%，過渡相17.4%，基體相30%。
[0080] 性能檢測
[0081] 對本發(fā)明實施例1~4制備得到的多級復合金屬陶瓷的硬度、斷裂韌性（A S T M -E399)和耐磨性(ASTM-B611)，檢測結果如表1所示，表1為本發(fā)明提供的多級復合金屬陶瓷 的性能檢測結果。
[0082] 表1多級復合金屬陶瓷的性能測試結果
[0084] 通過表1可以看出，本發(fā)明制備的多級復合金屬陶瓷的耐磨性多1.5krev/mm3，硬 度多8GPa，斷裂韌性為多18Pa ? m1/2,具有較高的耐磨性和較高的斷裂韌性。
[0085] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種多級復合金屬陶瓷，包括基體相和分布在基體相內(nèi)部的若干團粒； 所述團粒包括耐磨相和包覆在耐磨相表面的過渡相；所述耐磨相包括TiC-Ni-M02Q^ 金，所述過渡相包括WC-Co合金。2. 根據(jù)權利要求1所述的多級復合金屬陶瓷，其特征在于，所述團粒總體在所述多級復 合金屬陶瓷中的體積分數(shù)為32~90%。3. 根據(jù)權利要求1所述的多級復合金屬陶瓷，其特征在于，所述耐磨相的粒徑為10~ ΙΟΟΟμπ?ο4. 根據(jù)權利要求3所述的多級復合金屬陶瓷，其特征在于，所述過渡相的厚度為2~50μ m〇5. 根據(jù)權利要求1所述的多級復合金屬陶瓷，其特征在于，耐磨相中，所述TiC-Ni-M〇2C 合金的Ni含量為5~40wt%，Mo2C含量為5~40wt%。6. 根據(jù)權利要求1所述的多級復合金屬陶瓷，其特征在于，過渡相中，所述WC-Co合金的 C〇含量為6~40wt%。7. 根據(jù)權利要求1所述的多級復合金屬陶瓷，其特征在于，所述過渡相包括多層過渡相 層;相鄰兩層過渡相層中，內(nèi)層過渡相層的硬度大于外層過渡相層的硬度。8. 根據(jù)權利要求7所述的多級復合金屬陶瓷，其特征在于，所述過渡相包括依次接觸的 第一過渡相層、第二過渡相層和第三過渡相層，所述第一過渡相層包覆在所述耐磨相表面； 所述第一過渡相層包括Co含量為6~10wt %的WC-Co合金;所述第二過渡相層包括Co含量為 10~18wt %的WC-Co合金;所述第三過渡相層包括Co含量為18~40wt %的WC-Co合金。9. 一種權利要求1所述的多級復合金屬陶瓷的制備方法，包括以下步驟： A) 在耐磨相外層包覆過渡相，得到團粒;所述耐磨相包括TiC-Ni-M〇2C合金，所述過渡相 包括WC-Co合金； B) 將團粒與基體相混合，進行燒結，得到多級復合金屬陶瓷。10. -種盾構刀具，包括權利要求1~8任意一項所述的多級復合金屬陶瓷或權利要求9 所述方法制得的多級復合金屬陶瓷。
【文檔編號】B22F1/02GK106001550SQ201610394519
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月3日
【發(fā)明人】鄧欣, 陳健, 伍尚華, 劉金洋, 劉汝德, 葉文駒
【申請人】廣東工業(yè)大學