[发明专利]基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于碳氮化钛基金属陶瓷材料领域，涉及一种基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

碳氮化钛基金属陶瓷，因其具有密度低（为WC的1/3），硬度高,耐磨性和耐热性好，以及良好的化学稳定性，较高的抗粘结、抗扩散、抗氧化性能等特点，已广泛地应用于现代制造业制备切削工具、各种耐磨制品，可解决钨资源枯竭问题，是WC系列硬质合金最成功的替代品，尤其是非常适合高速切削和精加工领域，应用前景十分广阔。然而，强韧性不足是Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料实际工程应用中面临的关键难题，也是目前研究重点。

近年来，人们通过添加诸如WC、Mo₂C等第二类碳化物来改善Ti(C,N)基金属陶瓷中硬质相与粘结相之间的润湿性，在一定程度上提高了其强度；中国专利200510090485.9 和201210011200.8先后从改善Ti(C, N)基金属陶瓷的硬质相微观结构的角度出发，分别提出了采用与传统Ti(C, N)基金属陶瓷环形相结构相似的(Ti, W, Mo…)(C, N)- Co/ Ni的固溶体粉和(Ti, W, Mo…)(C, N）固溶体粉为原料，并分别制备了无芯环结构和弱芯环结构的Ti(C, N)基金属陶瓷，使其强韧性有了进一步提高。然而，现有的研究以改进硬质相微观结构，提高硬质相性能为主，而根据已有的研究报道来看，硬质合金和金属陶瓷的强韧性70%以上来源于材料中粘结相，因此，改善和提高粘结相的强韧性对Ti(C,N)基金属陶瓷性能的提高尤为重要。

现有的Ti(C,N)基金属陶瓷材料中，粘结相以钴或和镍为主，或添加极其微量的稀土、Mo等元素，这些未能改变单一主元素的局限性。多主元高熵合金突破了以1种或2种金属元素为主的传统合金的发展框架，是一种由4种以上元素组成，每种元素的含量摩尔比在5%至35%之间的新型合金。多主元的混合产生高熵效应，使得高熵合金具有高硬度和良好的韧性以及良好的耐腐蚀性和耐磨性等性能。

为了进一步实现碳氮化物基金属陶瓷的高强韧性，本发明提出在碳氮化物基金属陶瓷中采用高熵合金作为粘结相，利用高熵合金的高硬度和良好的韧性以及良好的耐腐蚀性和耐磨性等性能来改善碳氮化物基金属陶瓷材料的强韧性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具高强韧性的采用高熵合金作为粘结相性的碳氮化钛基金属陶瓷材料及其制备方法。

本发明所述一种基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料，其特征在于所述的碳氮化钛基金属陶瓷材料的粘结相为高熵合金，硬质相为碳氮化物固溶体。

进一步，所述碳氮化钛基金属陶瓷材料中高熵合金粘结相由铁、钴、镍、铬、铝、钒、钛、铜、锆、钼、锰和稀土元素中的至少四种组成，且每种元素的含量摩尔比在5%至35%之间。

进一步，所述的碳氮化钛基金属陶瓷材料中碳氮化物固溶体硬质相为Ti (C_x,N_1-x)，(Ti,M1…)(C_x,N_1-x)中至少一种，其中(Ti,M1…) (C_x,N_1-x)中M1组元为W、Mo、Ta、Nb、V、Cr、Zr、Hf、Y和镧系元素中的至少一种，所述的Ti (C_x,N_1-x) 和(Ti,M1…) (C_x,N_1-x)中，0﹤x﹤1。

本发明所述基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料制备方法中，所述基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料的原料组分及各组分的重量百分数为：

高熵合金粘结相粉末                  3～30％；

第二类碳化物粉末                     0～30％；

碳氮化物固溶体粉末                   余量。

所述基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料的制备方法工艺步骤如下：

（1）球磨混料

将高熵合金粘结相粉末，第二类碳化物粉末，碳氮化物粉末，按照上述基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料中相应配比秤量，然后装入球磨罐中，按照4:1~8:1的球料比装入磨球，并倒入以满足要求为限的酒精，球磨24-72小时，干燥后按照比例加入成型剂，过筛，制粒。

（2）成型

将步骤（1）混合好的原料，称取一定重量装入模腔，压制成型。