/Co-Ni-BN金屬陶瓷模具材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種有色合金模具材料及其制備方法，特別是涉及一種Al203-Zr02 /Co-N1-BN金屬陶瓷模具材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著材料行業的快速發展，模具在現代工業發展中成為不可替代的設備，對工業發展奠定了大規模發展的基礎。由于模具在工作環境中，經常發生氧化，粘膜，腐蝕甚至出現焊合等現象，而傳統材料如高硬剛、硬質合金、傳統陶瓷已經不能滿足工業實際生產需求。工業領域目前常用的陶瓷模具材料大多為TZP/Al203、PSZ、Si3N4、Sialon、3Y-TZP/Al203、Al203/Ni等。由于性能差異性較大，不同陶瓷體系的模具材料受到使用環境的局限。
[0003]作為多相復合金屬陶瓷具有耐高溫，耐磨損、抗氧化、抗熱震等優異性能，其金屬陶瓷模具已成為銅合金、鋁合金及鈦合金等熱擠壓加工領域替代硬質合金、模具鋼、陶瓷模具的最佳材料。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種Al203-Zr02 /Co-N1-BN金屬陶瓷模具材料及其制備方法，本發明制備出高性能的金屬陶瓷模具材料，在能夠更好的用于易磨損、易腐蝕、高溫、高壓等惡劣條件，對生產中降低加工成本，提高生產效率等方面有顯著進步。
[0005]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
Al203-Zr02 /Co-N1-BN金屬陶瓷模具材料，所述材料的配料包括原料A1203粉末、ZrO 2粉末、等比例質量的BN、Co、Ni粉末，A1203納米顆粒的含量按質量百分比為72.25-82.45%，Zr02微米顆粒的含量按質量百分比為12.75-14.55%，BN、Co、Ni按質量比1:1:1稱料含量按總質量百分比3-15% ;材料抗彎強度為1014~1423Mpa，斷裂韌性為7-14.7MPa.m1/2,硬度達到 8.7-13.4Gpa。
[0006]Al203-Zr02 /Co-N1-BN金屬陶瓷模具材料制備方法，所述方法采用以下工藝步驟一次作業:
①配料:將原料A1203粉末、ZrO2粉末、等比例質量的BN、Co、Ni粉末為原料，A1 203納米顆粒的含量按質量百分比為72.25-82.45%，Zr02微米顆粒的含量按質量百分比為12.75-14.55%，BN、Co、Ni按質量比1:1:1稱料含量按總質量百分比3-15% ；
②球磨混料，將配好的物料加入球磨機中，球磨24小時，放入干燥箱內，60°C干燥24小時，制備出Al203-Zr02/Co_N1-BN復合粉體；
③粉末成型與燒結:將步驟②處理后的復合粉體加入到真空熱壓燒結爐石墨模具中，在真空條件下，燒結溫度為1450°C ~1650°C，壓力為30Mpa，真空度為6 X 10 2’熱壓30分鐘。
[0007]所述的Al203-Zr02 /Co-N1-BN金屬陶瓷模具材料制備方法，所述步驟②中球磨介質選用無水乙醇，磨球為高純氧化鋁球，混合后的的復合粉體在干燥箱中干燥。
[0008]所述的Al203-Zr02 /Co-N1-BN金屬陶瓷模具材料制備方法，所述方法步驟③中采用真空熱壓燒結的方法進行燒結，燒結溫度為1450°C ~1650°C，壓力為30Mpa，真空度為6X102，熱壓30分鐘。
[0009]本發明的優點與效果是:
本發明的Al203-Zr02/Co-Ni_BN金屬陶瓷模具材料性能參數為:抗彎強度1014-1423MPa，斷裂韌性為 7-14.7MPa.m1/2,硬度達到 8.7-13.4Pa。當 Co-N1-BN 含量為 4%時，樣品的抗彎強度、斷裂韌性和硬度達到最大值。本發明方法制備出高性能的金屬陶瓷模具材料，在能夠更好的用于易磨損、易腐蝕、高溫、高壓等惡劣條件，對生產中降低加工成本，提高生產效率等方面有顯著進步。
【附圖說明】
[0010]圖1為金屬陶瓷表面第一節點背散射點子像；
圖2為圖1的能譜分析圖譜；
圖3為金屬陶瓷表面第二節點背散射點子像；
圖4為圖3的能譜分析圖譜；
圖5為BN-Co-Ni合金含量為3%時在1500°C，30PMPa壓力條件下保溫30min后的樣品斷口形貌；
圖6為BN-Co-Ni合金含量為6%時在1500°C，30PMPa壓力條件下保溫30min后的樣品斷口形貌；
圖7為BN-Co-Ni合金含量為9%時在1500°C，30PMPa壓力條件下保溫30min后的樣品斷口形貌；
圖8為BN-Co-Ni合金含量為12%時在1500°C，30PMPa壓力條件下保溫30min后的樣品斷口形貌；
圖9為BN-Co-Ni合金含量為15%時在1500°C，30PMPa壓力條件下保溫30min后的樣品斷口形貌；
圖10為樣品的抗彎強度曲線；
圖11為樣品的斷裂韌性曲線；
圖12為樣品的硬度曲線。
【具體實施方式】
[0011 ] 下面結合實施例對本發明進行詳細說明。
[0012]本發明材料組分包括基體材料和增韌相，基體材料為A1203，其顆粒粒徑為60nm質量百分比含量為72%-82%，相變增韌相Zr02為質量分數12.8-14.6%，其粒徑為200nm ;層狀增韌相BN為1%-5%，其粒徑為lOOnm;延性增韌相Co_Ni為質量分數2%_10%其粒徑為lOOnm。制備工藝步驟:第一步是原料的混合和干燥，第二部分是粉末成型和燒結。所制備的金屬陶瓷模具材料的抗彎強度為1014-1423，MPa，斷裂韌性為7-14.7MPa.m1/2，硬度達到8.7-13.4GPa0
[0013]本發明的Al203-Zr02/Co-Ni_BN金屬陶瓷模具材料制備工藝采用如下步驟:
1)配料:以A1203粉末、ZrO 2粉末、BN粉末、金屬Co、Ni粉末為原料，A1 203納米顆粒的含量按質量百分比為72-82%，Zr02為質量分數12.8-14.6%，BN、Co、Ni按質量比1:1:1稱料含量按質量百分比3-15% ;
2)球磨混料:將配好的物料加入行星球磨機中，球磨24小時，放入真空干燥箱內，60°C干燥24小時，球磨制備出Al203-Zr02/Co-N1-BN復合粉體；
3)粉末成型與燒結:將步驟2處理后的復合粉體加入到真空熱壓燒結爐中，在真空條件下，溫度為1450°C ~1650°C，壓力為30MPa真空熱壓30min，制備出Al203-Zr02/Co_N1-BN金屬陶瓷模具材料。
[0014]本發明采用的原料:A1203粉末:粒徑為60nm，純度A1 203含量>99.9% ；ZrO 2粉末:粒徑為0.2 μ m含量>99.7% ；BN粒徑為0.1 μ m，含量>99.7% ；Co粉和Ni粉:粒徑為0.1 μ m含量 >99.9%。
[0015]實施例1
以八1203納米顆粒、2抑2和8隊0)、附微米顆粒為原料41203納米顆粒的含量按質量百分比為82.45%，Zr02顆粒的含量按質量百分比為14.55%，等質量比例的BN、Co、Ni微米顆粒含量按質量百分比分別為1% ;然后將配好的復合粉體加入行星球磨機中，球磨介質為無水乙醇，高純氧化鋁球為磨球，球磨24h，然后在干燥箱內干燥24h，制備出Al203-Zr02/Co-Ni_BN復合粉體，將復合粉體在真空熱壓燒結爐內進行熱壓燒結，真空熱壓燒結溫度為1550°C、熱壓壓力為30MPa，熱壓時間30min，真空度為6 X 10 2MPa,制備出Al203-Zr02/Co_N1-BN金屬陶瓷模具材料。采用單邊三點彎曲強度試驗檢測材料抗彎強度；采用SENB法檢測材料的斷裂韌性；采用Vickers壓痕硬度法測定材料的維氏硬度(Hv);采用掃描電鏡(SEM)檢測了材料的顯微組織和斷口形貌。
[0016]所制備的Al203-Zr02/Co-Ni_BN金屬陶瓷模具材料的性能測試結果為:抗彎強度為1014M