[发明专利]一种金属碳化物固溶体的制备方法

说明书

本发明公开了一种金属碳化物固溶体的制备方法；所述微纳米碳化钨/钼/钽固溶复合粉末是以钨、钼和钽与碳化合并固溶形成的(W,Mo,Ta)C固溶体；所述微纳米碳化钨/钼/钽固溶复合粉末的制备方法包括配料、高能球磨固相反应、热化合反应等步骤。本发明制备得到的碳化钨/钼/钽固溶复合粉末为微纳米级且分布均匀。

本发明是申请号为201610061685.X、申请日2016年01月29日、发明名称为“微纳米碳化钨/钼/钽固溶复合粉末及其制备方法”的分案申请。

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术领域，具体涉及一种金属碳化物固溶复合粉末的制备方法。

背景技术

金属碳化物具有较高的熔点、硬度，良好的抗腐蚀、热稳定性，已广泛用于工业各个领域，尤其常用于现代制造业的加工材料。金属陶瓷材料中硬质相Ti(C,N))是多晶烧结材料，其致命弱点是脆性大、韧性不足，并且硬质相与粘结相的匹配润湿问题目前尚未得到解决，致使其强韧性不足，是金属陶瓷材料实际工程应用中面临的关键难题。因此对高性能金属陶瓷材料的设计主要方向是克服脆性及提高韧性。目前，通过添加第二类金属碳化物来改善Ti(C,N)与粘结相之间的润湿性，强化结构，并使相应的金属元素固溶进硬质相及粘结相中，达到一定的固溶强化目的。碳化钨(WC)、碳化钼(Mo₂C)、碳化钽(TaC)同属于过渡金属碳化物，具有较高的硬度、熔点等特点。大量的研究表明，金属陶瓷中添加适量的WC，可改善粘结相对硬质相的润湿性，另一方可使硬质相晶粒明显细化，从而使合金的力学性能提高。而Mo或Mo₂C可改善液相金属粘结相对TiC颗粒的润湿性，在完全润湿的条件下，TiC颗粒不出现聚集结晶，抑制了烧结时碳化物相晶粒的长大。在金属陶瓷中添加TaC可以明显的细化硬质相的颗粒，提高材料的耐磨性，抗氧化能力和热导率，并且能够提高金属陶瓷的红硬性和抗热冲击性能，从而提高金属陶瓷刀具的断续切削性能。

金属碳化物的加入方法决定了金属元素的分布状态。第二类金属碳化物的分散添加，容易使金属陶瓷中各元素分散不均匀，造成重金属偏析，从而影响整体陶瓷体的结构，达不到固溶强化的目的。试验表明，按碳、钨、钼、钽的一定比例进行复合，再将碳化钨/钼/钽固溶复合粉添加进金属陶瓷粉末中，除了上述金属碳化物的分散强化、润湿、晶粒细化的作用外，Mo、W、Ta等金属元素在烧结温度下将向TiC颗粒均匀扩散，并取代TiC晶格中的Ti，在TiC颗粒表面上形成(Ti,W,Mo,Ta)C固溶体，将减少TiC颗粒之间的接触，防止它们发生聚集长大，使TiC基金属陶瓷晶粒更细，组织更加均匀，对于金属陶瓷整体性能的提高有显著作用。因此碳化钨/钼/钽固溶复合粉的制备研究对提高金属陶瓷性能有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属碳化物固溶体的制备方法，能制备得到微纳米级的均匀的碳化钨/钼/钽固溶复合粉末。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种金属碳化物固溶体，它是以钨、钼和钽与碳化合并固溶形成的(W,Mo,Ta)C固溶复合粉末；所述固溶复合粉末中钨、钼、钽和碳的原子摩尔比为3～5:2～3:1.5～2:6.5～10；所述固溶复合粉末的平均粒径为80～300nm。

上述金属碳化物固溶体的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料：称取钨粉、钼粉、钽粉以及石墨粉，并加入稀土Re，所述稀土Re为铈族稀土中的至少一种的氧化物；钨粉、钼粉、钽粉以及石墨粉的纯度>99.9％，平均粒径为20～100μm。稀土Re的重量占原料总重量的4％～6％，稀土Re的平均粒径＜20μm。

(2)高能球磨固相反应：将步骤(1)配得的原料与碳化钨球一起装入不锈钢真空球磨罐进行高能球磨；球料比为6～10:1，球磨速度为200～300转/min，球磨时间为24～48h。