[发明专利]一种具有高硬度和高韧性的高熵碳化物增强TiCN基金属陶瓷及其制备方法和应用

说明书

本发明属于金属陶瓷切削加工领域，公开了一种具有高硬度和高韧性的高熵碳化物增强TiCN基金属陶瓷及其制备方法和应用。所述金属陶瓷是将TiC_0.7N_0.3、WC、Ni、Co、Mo₂C、VC、AlN和(Ta_0.2W_0.2V_0.2Mo_0.2Nb_0.2)C高熵碳化物粉体一起球磨后得到混合粉末，干燥后经过干压和冷等静压成型，用碳粉全包裹住坯体，在1450‑1600℃烧结并保温制得；所述(Ta_0.2W_0.2V_0.2Mo_0.2Nb_0.2)C高熵碳化物粉体通过Ta₂O₅、V₂O₅、WO₃、Nb₂O₅、MoO₃、C六种粉体混合球磨，干燥后在1600‑1700℃碳热还原法制得。

技术领域

本发明属于金属陶瓷切削加工领域，特别涉及一种具有高硬度和高韧性的高熵碳化物增强TiCN基金属陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

Ti(C，N)基金属陶瓷是由陶瓷相(TiCN/TiC+TiC)、一种或几种过渡金属粘结相(Ni/Co/Fe等)和一种或几种过渡金属碳化物(WC/Mo2C/VC/TaC/NbC等)作为添加相组成的陶瓷基复合材料。TiCN基金属陶瓷具有较传统硬质合金更加优异的红硬性、耐磨性、化学稳定性和摩擦系数小等性能，同时还可以节省大量战略资源“钨”“钴”。然而，在添加相同含量的钴镍粘结剂，TiCN基金属陶瓷的韧性和抗冲击性却难于达到传统硬质合金的水平。强韧性不足限制了TiCN基金属陶瓷材料的进一步推广应用。

为了改善其强韧性不足的问题，目前在应用上，研究主要集中于添加更多的单一碳化物组元来提高其性能，例如WC、Mo2C、VC、TaC、NbC、Cr2C3等等，虽然在一定程度上提高了其韧性和抗冲击性，但却无法满足高强韧性和高硬度的双重要求，且跟硬质合金相比其强韧性还是低15％-20％。多组元高熵碳化物陶瓷突破了传统陶瓷的发展模式，是一种以至少5种元素和碳组成的，具有高温硬度、高耐磨、抗氧化性能等优异性能的新型碳化物陶瓷。

在传统的碳化物添加模式没有办法达到同步高水平的提高TiCN基金属陶瓷的强韧性和硬度的情况下，本发明将通过高熵碳化物的形式添加到TiCN基金属陶瓷中。以Ta₂O₅、V₂O₅、WO₃、Nb₂O₅、MoO₃、C六种粉体按比例混合球磨，通过碳热还原法制备(Ta_0.2W_0.2V_0.2Mo_0.2Nb_0.2)C高熵碳化物，通过破碎研磨和过筛制备高熵碳化物粉体，利用高熵碳化物为多组元的单相固溶体特点和优异的高温硬度、高耐磨、抗氧化性能等性能来改善TiCN基金属陶瓷的强韧性。

发明内容

为了克服现有技术中存在的TiCN基金属陶瓷强韧性低，无法同步改善高强韧性和高硬度且性能不稳定的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种具有高硬度和高韧性的高熵碳化物增强TiCN基金属陶瓷。

本发明的另一目的在于提供一种上述具有高硬度和高韧性的高熵碳化物增强TiCN基金属陶瓷的制备方法。

本发明的再一目的在于提供一种上述具有高硬度和高韧性的高熵碳化物增强TiCN基金属陶瓷的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：