Шихта твердого сплава

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным безвольфрамовым твердым сплавам. Шихта твердого сплава на основе плакированных никелем частиц, ядро которых состоит из нитрида титана, содержит плакированные наноразмерные частицы с размером не более 100 нм, при соотношении ядра и оболочки, мас.%: нитрид титана 45,5-46,5; никель 52,5-53,5. Шихта обеспечивает получение твердого сплава на основе нитрида титана нано-ультрадисперсной структурной морфологии. 8 ил., 2 пр.

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным безвольфрамовым твердым сплавам - керметам.

Известно, что для повышения прочности твердого сплава необходимо получать твердые сплавы, имеющие мелкие по размеру зерна твердой фазы и обладающие при этом достаточно прочной связью между зернами по их границам. При этом существенным является состав исходной шихты, который бы позволил выбрать условия спекания, не приводящие к увеличению числа сросшихся зерен и образованию так называемого скелета, что обусловлено перекристаллизацией твердой фазы по механизму растворения осаждения (Кузнецов А.И., Кульков С.Н. Материалы докладов на конференции "Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы", Красноярск, 15-16 октября 2009 года, с.300-304).

Известна шихта твердого сплава на основе карбида вольфрама, содержащая ультрадисперсный порошок нитрида титана с размером частиц 0,01-0,1 мкм, и порошки никеля и кобальта (патент RU 2062812, МПК C22C 29/02, 1996 год). Введение ультрадисперсного порошка нитрида титана в состав шихты способствует снижению размера зерна карбидной фазы.

Однако состав известной шихты не позволяет получить твердый сплав, характеризующийся наноструктурой.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является шихта твердого сплава, представляющая собой смесь частиц нитрида титана TiN_0,75 и никеля, электролитически осажденного на поверхность частиц нитрида титана (Кислый П.С., Боднарук Н.И., Боровикова М.С.и др. Керметы, Киев: Наук. думка, 1985 г., с.174-175). В процессе жидкофазного спекания в вакууме при температуре 1400°С в течение 3-х часов получен сплав TiN_0,75 - 30% Ni.

Однако полученный твердый сплав из исходной шихты известного состава имеет микроструктуру с обычной для твердых сплавов морфологией, которая состоит из спеченного каркаса на основе твердой фазы - нитрида титана с прожилками относительно легкоплавкой фазы Ni(Ti)-Ni₃Ti.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать состав шихты твердого сплава, обеспечивающий получение твердого сплава с наноультрадисперсной структурной морфологией.

Поставленная задача решена в предлагаемом составе шихты для твердого сплава на основе плакированных никелем частиц, ядро которых состоит из нитрида титана, которая содержит плакированные наноразмерные частицы с размером не более 100 нм, при этом соотношение ядра и оболочки составляет, мас. %: нитрид титана- 45,5-46,5; никель - 52,5-53,5.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известна шихта для твердого сплава, содержащая плакированные наноразмерные частицы нитрида титана с размером частиц не более 100 нм, при следующем соотношении ядра и оболочки, мас. %: нитрид титана - 45,5-46,5; никель - 52,5-53,5.

Авторами проведены экспериментальные исследования, в результате которых были определены интервалы значений параметров состава исходной шихты для получения твердого сплава наноультрадисперсной структурной морфологии. В случае соблюдения предлагаемых условий по составу шихты в части размера плакированных частиц нитрида титана и их состава по соотношению ядра к оболочке по данным микроскопического в обратно рассеянных электронах и спектрального анализов на микрошлифе полученного из исходной шихты сплава отсутствуют крупные скопления твердой фазы TiN (темная фаза), практически обе фазы: твердая TiN (темная фаза) и связующая Ni (светлая фаза), распределены дисперсноравномерно [фиг.1, 2 (режим обратно рассеянных электронов, увеличение 6000 и 3000 соответственно), фиг.3, 4 (данные спектрального анализа)]. В случае отклонения от предлагаемого диапазона размера частиц шихты в сторону увеличения, а также нарушения соотношения нитрида титана и никеля в составе частиц в сторону увеличения или уменьшения отсутствует возможность получения твердого сплава наноультрадисперсной структурной морфологии. В этом случае по данным микроскопического в обратно рассеянных электронах анализа на микрошлифе сплава хорошо видно, что твердая фаза TiN (темная фаза) не имеет сплошного каркаса и состоит из крупных скоплений, представляющих собой спеченные частицы микронного размера. В связующей фазе Ni (светлая фаза) хорошо видны ультрадисперсные включения серого цвета, представляющие собой соединения титана с никелем [см. фиг.5, 6 (режим обратно рассеянных электронов, увеличение 6000 и 3000 соответственно)]. Спектральный анализ поверхности шлифа сплава по Ti и Ni показал, что данные химические элементы распределены по всей поверхности неравномерно, имеются участки с повышенной их концентрацией по отношению друг другу (см. фиг.7, 8).

Шихту предлагаемого состава используют для получения твердого сплава путем жидкофазного спекания при температуре 1490-1510°С в течение 0,8-1,2 минут.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Берут 20 г порошкообразной шихты, которая содержит плакированные частицы нитрида титана с размером частиц не более 100 нм, ядро которых состоит из нитрида титана, а оболочка - из никеля, при этом соотношение ядра и оболочки равно 46,5:53,5 (по данным спектрального и химического анализов). Шихту прессуют в виде таблетки диаметром 7 мм и спекают при 1490°С в течение 1, 2 мин. Получают сплав состава TiN-Ni наноультрадисперсной структурной морфологии (см. фиг.1, 2 и фиг.3, 4).

Пример 2. Берут 100 г порошкообразной шихты, которая содержит плакированные частицы нитрида титана с размером частиц не более 100 нм, ядро которых состоит из нитрида титана, а оболочка - из никеля, при этом соотношение ядра и оболочки равно 47,5:52,5 (по данным спектрального и химического анализов). Шихту прессуют в виде штабика размером 3×3×20 мм и спекают при 1510°С в течение 0,8 мин. Получают сплав состава TiN-Ni наноультрадисперсной структурной морфологии.

Таким образом, авторами предлагается шихта твердого сплава, использование которой обеспечивает получение твердого сплава на основе нитрида титана наноультрадисперсной структурной морфологии.

Шихта для твердого сплава из плакированных никелем частиц, ядро которых состоит из нитрида титана, отличающаяся тем, что она содержит плакированные наноразмерные частицы с размером не более 100 нм, при этом соотношение ядра и оболочки составляет, мас.%:

нитрид титана	45,5-46,5
никель	52,5-53,5