[发明专利]一种TiNx增强的高熵合金结合的Ti(C,N)基复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种TiN_x增强的高熵合金结合的Ti(C,N)基复合材料及其制备方法。本发明提供了一种TiN_x增强的高熵合金结合的Ti(C,N)基复合材料的制备方法，本发明将CoCrNiCuMn作为Ti(C,N)基硬质合金的粘结剂，以TiC和非化学计量比TiN_x(x＝0.3～0.9)为硬质相，以AlN为增强相，采用真空热压烧结的方法制备了新型Ti(C,N)基硬质合金，能够在提高力学性能的基础上降低烧结温度、简化制备过程，降低生产成本。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种TiN_x增强的高熵合金结合的Ti(C,N)基复合材料及其制备方法。

背景技术

随着Ti(C,N)基硬质合金在相关产业应用的不断发展，对其性能的要求越来越高，故开发出同时具有高硬度和高韧性的新型Ti(C,N)基硬质合金显得非常重要。近年来，高熵合金(HEA)由于性能优异而被人们广泛研究。多种主元组成的HEA因具有高熵效应、晶格畸变效应、迟缓扩散效应和鸡尾酒效应等一系列特性，使其具有优异的物理、化学及力学性能，如高强度、高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性和高的低温韧性等，因此可以解决硬质合金硬度高而韧性不足，或者即使满足了高硬度与高韧性要求，又不能实现高温下的抗氧化或耐腐蚀等问题。

中国专利CN109022990A公开了一种高熵合金粘结相Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法，该方案采用微波烧结制备了Ti(C,N)/CoNiFeCuMn_x(x＝0.3～1) 硬质合金，提高了Ti(C,N)硬质合金性能；中国专利CN102787266A公开了一种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，该方案用低压烧结，以高熵合金为粘结剂，以碳化物和碳氮化钛固溶体为硬质相制备了碳氮化钛基硬质合金。但上述制备方法均存在制备工艺复杂的缺陷，且合金性能有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种TiN_x增强的高熵合金结合的Ti(C,N)基复合材料及其制备方法，本发明提供的制备方法简便，生产成本低，能够在较低的烧结温度下即得到硬度和韧性均较高的Ti(C,N)基复合材料。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种TiN_x增强的高熵合金结合的Ti(C,N)基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将CoCrNiCuMn粉末、TiN_x粉末、AlN粉末和TiC粉末进行球磨混合，得到混合料；其中TiN_x粉末中的x为0.3～0.9；以所述混合料的总质量为100％计，所述CoCrNiCuMn粉末的质量百分比为5～20wt.％，所述TiN_x粉末的质量百分比为20～50wt.％，所述AlN粉末的质量百分比为2～10wt.％，余量为 TiC粉末；

将所述混合料进行真空热压烧结，得到TiN_x增强的高熵合金结合的 Ti(C,N)基复合材料。

优选地，所述CoCrNiCuMn粉末、TiN_x粉末、TiC粉末和AlN粉末的粒径独立地为150nm以下。

优选地，所述球磨混合的球料质量比为6～10:1，转速为200～350r/min，球磨时间为1～5h。

优选地，所述球磨混合时采用的磨球为大WC硬质合金球、中WC硬质合金球和小WC硬质合金球；所述大WC硬质合金球的直径为8mm，所述中WC硬质合金球的直径为5mm，所述小WC硬质合金球的直径为2mm；所述大WC硬质合金球、中WC硬质合金球和小WC硬质合金球的质量比为3:1:1。

优选地，所述真空热压烧结的真空度为40Pa，烧结压力为40～50MPa，烧结温度为1200～1800℃，保温时间为20～90min。