專利名稱：基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于碳氮化鈦基金屬陶瓷材料領(lǐng)域，涉及一種基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
碳氮化鈦基金屬陶瓷，因其具有密度低(為WC的1/3)，硬度高，耐磨性和耐熱性好，以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性，較高的抗粘結(jié)、抗擴(kuò)散、抗氧化性能等特點(diǎn)，已廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代制造業(yè)制備切削工具、各種耐磨制品，可解決鎢資源枯竭問題，是WC系列硬質(zhì)合金最成功的替代品，尤其是非常適合高速切削和精加工領(lǐng)域，應(yīng)用前景十分廣闊。然而，強(qiáng)韌性不足是Ti (C，N)基金屬陶瓷刀具材料實(shí)際工程應(yīng)用中面臨的關(guān)鍵難題，也是目前研究重點(diǎn)。近年來，人們通過添加諸如WC、Mo2C等第二類碳化物來改善Ti (C，N)基金屬陶瓷 中硬質(zhì)相與粘結(jié)相之間的潤濕性，在一定程度上提高了其強(qiáng)度；中國專利200510090485. 9和201210011200. 8先后從改善Ti (C，N)基金屬陶瓷的硬質(zhì)相微觀結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，分別提出了采用與傳統(tǒng)Ti (C，N)基金屬陶瓷環(huán)形相結(jié)構(gòu)相似的(Ti，W，Mo…)(C，N)- Co/ Ni的固溶體粉和(Ti，W，Mo…)(C，N)固溶體粉為原料，并分別制備了無芯環(huán)結(jié)構(gòu)和弱芯環(huán)結(jié)構(gòu)的Ti (C，N)基金屬陶瓷，使其強(qiáng)韌性有了進(jìn)一步提高。然而，現(xiàn)有的研究以改進(jìn)硬質(zhì)相微觀結(jié)構(gòu)，提高硬質(zhì)相性能為主，而根據(jù)已有的研究報(bào)道來看，硬質(zhì)合金和金屬陶瓷的強(qiáng)韌性70%以上來源于材料中粘結(jié)相，因此，改善和提高粘結(jié)相的強(qiáng)韌性對Ti (C，N)基金屬陶瓷性能的提高尤為重要?，F(xiàn)有的Ti (C，N)基金屬陶瓷材料中，粘結(jié)相以鈷或和鎳為主，或添加極其微量的稀土、Mo等元素，這些未能改變單一主元素的局限性。多主元高熵合金突破了以I種或2種金屬元素為主的傳統(tǒng)合金的發(fā)展框架，是一種由4種以上元素組成，每種元素的含量摩爾比在5%至35%之間的新型合金。多主元的混合產(chǎn)生高熵效應(yīng)，使得高熵合金具有高硬度和良好的韌性以及良好的耐腐蝕性和耐磨性等性能。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)碳氮化物基金屬陶瓷的高強(qiáng)韌性，本發(fā)明提出在碳氮化物基金屬陶瓷中采用高熵合金作為粘結(jié)相，利用高熵合金的高硬度和良好的韌性以及良好的耐腐蝕性和耐磨性等性能來改善碳氮化物基金屬陶瓷材料的強(qiáng)韌性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具高強(qiáng)韌性的采用高熵合金作為粘結(jié)相性的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料及其制備方法。本發(fā)明所述一種基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料，其特征在于所述的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料的粘結(jié)相為高熵合金，硬質(zhì)相為碳氮化物固溶體。進(jìn)一步，所述碳氮化鈦基金屬陶瓷材料中高熵合金粘結(jié)相由鐵、鈷、鎳、鉻、鋁、釩、鈦、銅、鋯、鑰、錳和稀土元素中的至少四種組成，且每種元素的含量摩爾比在5%至35%之間。
進(jìn)一步，所述的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料中碳氮化物固溶體硬質(zhì)相為Ti(CD，(Ti，Ml …)(CxlNh)中至少一種，其中(Ti，Ml …)H)中 Ml 組元為 W、Mo、Ta、Nb、V、Cr、Zr、Hf、Y和鑭系元素中的至少一種，所述的Ti (Cx, N1^x)和(Ti，Ml…)(Cx，N1J中，0 < X < I。本發(fā)明所述基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料制備方法中，所述基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料的原料組分及各組分的重量百分?jǐn)?shù)為
高熵合金粘結(jié)相粉末3 30% ;
第二類碳化物粉末0 30% ;
碳氮化物固溶體粉末余量。
·
所述基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料的制備方法工藝步驟如下
(I)球磨混料
將高熵合金粘結(jié)相粉末，第二類碳化物粉末，碳氮化物粉末，按照上述基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料中相應(yīng)配比秤量，然后裝入球磨罐中，按照4:廣8:1的球料比裝入磨球，并倒入以滿足要求為限的酒精，球磨24-72小時(shí)，干燥后按照比例加入成型劑，過篩，制粒。(2)成型
將步驟(I)混合好的原料，稱取一定重量裝入模腔，壓制成型。(3)低壓燒結(jié)
將步驟(2)制備的樣品裝入低壓燒結(jié)爐中，抽真空至IX KT1Pa,在600°C脫膠，然后升溫(升溫速度3-5°C /min)至1100°C -1300°C固相燒結(jié)1-2小時(shí)，再升溫到1400°C -1480°C(升溫速度1_3°C /min)保溫0. 5-1. 5小時(shí)后，在該溫度下通入氬氣至0. 5_6MPa，保溫0. 5-1小時(shí)，最后隨爐冷卻至室溫，即獲得基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料。所述高熵合金粘結(jié)相原料為鐵、鈷、鎳、鉻、鋁、釩、鈦、銅、鋯、鑰、錳和稀土元素的金屬單質(zhì)粉末或/和它們的合金粉末，并且原料中含有上述元素中的至少四種，每種元素的含量摩爾比在5%至35%之間。進(jìn)一步所述第二類碳化物粉末為WC、VxC (0 < X ^ l)、Mo2C、Cr3C2、TaC、NbC中至少一種。進(jìn)一步所述的碳氮化物固溶體粉末為Ti (CrH (Ti，Ml…)(CrN1J粉末中至少一種，其中(Ti，Ml…)(Cx，U中Ml組元為W、Mo、Ta、Nb、V、Cr、Zr、Hf、Y和鑭系元素中的至少一種，所述的 Ti (Cx, N1^x)和(Ti，Ml…)(CxlNh)中，0 < X < I。
本發(fā)明具有以下有益效果
I、由于本發(fā)明所述基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料，采用高熵合金作為粘結(jié)相，利用熵合金因多主元混合產(chǎn)生高熵效應(yīng)而具有的高硬度和良好的韌性以及良好的耐腐蝕、耐磨和耐熱等性能，來強(qiáng)韌化碳氮化鈦基金屬陶瓷材料，提高碳氮化鈦基金屬陶瓷材料的耐腐蝕、耐磨和耐熱等性能，同時(shí)克服了傳統(tǒng)碳氮化鈦基金屬陶瓷材料粘結(jié)相單一主元的缺陷，有效的改善了碳氮化鈦基金屬陶瓷材料的綜合機(jī)械性能。2、基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料中，高熵合金粘結(jié)相的引入了鐵、鈷、鎳、鉻、鋁、釩、鈦、銅、鋯、鑰、猛和稀土元素中至少四中元素，它們之間的系統(tǒng)作用不僅可以有效強(qiáng)韌化粘結(jié)相，而且還可改善粘結(jié)相和硬質(zhì)相之間的界面潤濕性，細(xì)化硬質(zhì)相的晶粒等多重效果的綜合作用，可進(jìn)一步使得制備的基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料的強(qiáng)度、硬度和韌性均得以大幅提升，有效實(shí)現(xiàn)了硬度和強(qiáng)韌性的匹配。3、采用鐵、鉻、鋁等替換傳統(tǒng)碳氮化鈦基金屬陶瓷材料粘結(jié)相中的戰(zhàn)略元素鈷，能大幅降低氮化鈦基金屬陶瓷材料成本。4、本發(fā)明所述方法工藝簡單，原料易于獲取，因而便于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖I是實(shí)施例2所得基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷的原料混合物和燒結(jié)后的含高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷X射線衍射圖
具體實(shí)施方式
下面通過優(yōu)選后的實(shí)施例以及附圖對本發(fā)明所述一種高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料及其制備方法作進(jìn)一步說明。實(shí)施例I
本實(shí)施例所用原料及工藝步驟如下
分別稱取97gTi (C0.5, Na5)粉和3g高熵合金粘結(jié)相原料粉末，其中高熵合金粘結(jié)相原料粉末組分和配比為鐵、鈷、鎳、釤金屬單質(zhì)粉末，按照鐵、鈷、鎳、釤元素摩爾比I :1 1 :1配制。然后將上述粉末一起裝入球磨罐中，按照8:1的球料比裝入磨球,并倒入IOOml酒精，球磨24小時(shí)，得到混合粉末，將其干燥后按照lwt%的比例加入橡膠成型劑，過篩，制粒。再將混合好的原料，稱取一定重量裝入模腔，壓制成型。然后將制備的樣品裝入低壓燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，其燒結(jié)制度為抽真空至I X KT1Pa,在450°C脫膠，然后升溫(升溫速度5°C /min)至1250°C固相燒結(jié)I小時(shí)，再升溫到1480°C (升溫速度3°C /min)保溫I小時(shí)后，在該溫度下通入氬氣至3MPa，保溫I小時(shí)，最后隨爐冷卻至室溫，即獲得了抗彎強(qiáng)度為1450MPa，維氏硬度 1950，斷裂韌性 7. 5 MPa. m1/2 的 Ti (C0.5，N0.5) -3% (Fe、Co、Ni、Sm)的含高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料。實(shí)施例2
本實(shí)施例所用原料及工藝步驟如下
分別稱取66gTi (C0.7, Na3)粉、IOgffC粉、5gTaC粉、4gMo2C粉、15g高熵合金粘結(jié)相原料粉末，其中高熵合金粘結(jié)相原料為鎳鋁合金粉、鐵鉻合金粉末、鈷粉，并按照鐵、鈷、鎳、鉻、鋁元素摩爾比I :1 1 1 :1配制。然后將上述粉末一起裝入球磨罐中，按照8:1的球料比裝入磨球，并倒入150ml丙酮，球磨24小時(shí)，得到混合粉末，將其干燥后按照lwt%的比例加入橡膠成型劑，過篩，制粒。再將混合好的原料，稱取一定重量裝入模腔，壓制成型。然后將制備的樣品裝入低壓燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，其燒結(jié)制度為抽真空至1\10_中&，在4501脫膠，然后升溫(升溫速度5°C /min)至1250°C固相燒結(jié)I小時(shí)，再升溫到1480°C (升溫速度3°C /min)保溫I小時(shí)后，在該溫度下通入氬氣至3MPa，保溫I小時(shí)，最后隨爐冷卻至室溫，即獲得了抗彎強(qiáng)度為2105MPa，維氏硬度1500，斷裂韌性IlMPa. m1/2的Ti(Ca7，N0.3)-15%WC-2%TaC-2%NbC-15% (Fe,Co,Ni,Cr,Al)的含高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料。實(shí)施例3
本實(shí)施例所用原料及工藝步驟如下
分別稱取 59g Ti(Ca3，Na7)粉、30g(Ti，15W, 5Mo,0. 2V)(C0.5, N0.5)固溶體粉、2gWC粉、0. 2gVC粉、0. SgCr3C2粉和Sg高熵合金粘結(jié)相原料粉末，其中高熵合金粘結(jié)相原料為鐵、鈷、鎳、鉻、鏑、銪的金屬單質(zhì)粉末,按照鐵、鈷、鎳、鉻、鏑、銪元素摩爾比I :1 1 1 0. 5
0.5配制。然后一起裝入球磨罐中，按照8:1的球料比裝入磨球,并倒入150ml酒精,球磨24小時(shí)，得到混合粉末，將其干燥后按照lwt%的比例加入橡膠成型劑，過篩，制粒。再將混·合好的原料，稱取一定重量裝入模腔，壓制成型。然后將制備的樣品裝入低壓燒結(jié)爐中進(jìn)·行燒結(jié)，其燒結(jié)制度為抽真空至1\10_中&，在4501脫膠，然后升溫(升溫速度51 /min)至1250°C固相燒結(jié)I小時(shí)，再升溫到1480°C (升溫速度3°C /min)保溫I小時(shí)后，在該溫度下通入氬氣至3MPa，保溫I小時(shí)，最后隨爐冷卻至室溫，即獲得了抗彎強(qiáng)度為1750MPa，維氏硬度 1620，斷裂韌性 9. 8 MPa. m1/2 的 58%Ti (C0.7，N0.3)-30% (Ti, 15W, 5Mo, 0. 2V) (C0.5，N0.5)-2%WC-0. 2%VC-0. 8% Cr3C2-8% (Fe、Co、Ni、Cr、Dy、Eu)的基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料。
實(shí)施例4
本實(shí)施例所用原料及工藝步驟如下
分別稱取 78g (Ti, 10W, IOHf, 15Ta, 0. 2Zr)(C0.6, Na4)固溶體粉、IOgWC 粉、3g Mo2Cijr和9g高熵合金粘結(jié)相原料粉末，其中高熵合金粘結(jié)相原料為稀土鈷合金粉末(稀土為釹和鐿)、鎳粉、銅粉和鑰粉，按照鈷、鎳、釹、鐿、銅、鑰元素摩爾比I :1 0. 5 0. 5 1 :1配制。然后將上述粉末一起裝入球磨罐中，按照5:1的球料比裝入磨球,并倒入適量酒精,球磨72小時(shí)，得到混合粉末。將其干燥后按照2wt%的比例加入SD膠成型劑，過篩，制粒。再將混合好的原料，稱取一定重量裝入模腔，壓制成型。然后將制備的樣品裝入低壓燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，其燒結(jié)制度為抽真空至I X KT1Pa,在250°C脫膠，然后升溫(升溫速度5°C /min)至1200°C固相燒結(jié)I. 5小時(shí)，再升溫到1480°C(升溫速度3°C /min)保溫I. 5小時(shí)后，在該溫度下通入氬氣至0. 5MPa，保溫0. 5小時(shí)，最后隨爐冷卻至室溫，即獲得了抗彎強(qiáng)度為1880MPa，維氏硬度 1580,斷裂韌性 9MPa. m1/2 的(Ti, I Off, IOHf，15Ta, 0. 2Zr) (C0.3，N0.7) -10%WC-3%Mo2C-9% (Co、Ni、Nd、Yb、Cu、Mo)的基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料。
實(shí)施例5
本實(shí)施例所用原料及工藝步驟如下
分別稱取 63g (Ti，15W，lSm，0. 5Ce，0. 2Pr) (C0.!, N0.9)固溶體粉、IOg WC 粉、2gTaC粉、25g高熵合金粘結(jié)相原料粉末，其中高熵合金粘結(jié)相原料為鈷、鎳、鉻、鋯、鑰的金屬單質(zhì)粉末，并按照鈷、鎳、鉻、鋯、鑰元素摩爾比I :1 1 :0.5 :1配制。然后將上述粉末一起裝入球磨罐中，按照7:1的球料比裝入磨球，并倒入適量酒精，球磨48小時(shí)，得到混合料，將其干燥后3wt%的比例加入石蠟成型劑，過篩，制粒。再將混合好的原料，稱取一定重量裝入模腔，壓制成型。然后將制備的樣品裝入低壓燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，其燒結(jié)制度為抽真空至1父10_中&，在6001脫膠，然后升溫(升溫速度51 /min)至1200°C固相燒結(jié)I小時(shí)，再升溫到1450°C (升溫速度1°C /min)保溫I小時(shí)后，在該溫度下通入氬氣至IMPa，保溫0. 6小時(shí)，最后隨爐冷卻至室溫，即獲得了抗彎強(qiáng)度為2720MPa，維氏硬度1380，斷裂韌性16MPa.m1/2 的(Ti, 15W, ISm, 0. 5Ce, 0. 2Pr) (Cai，N0.9)-10% WC-2%TaC-25% (Co,Ni,Cr,Zr,Mo)含高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料。
實(shí)施例6
本實(shí)施例所用原料及工藝步驟如下
分別稱取 550g(Ti, 15W, INb, 0. 5Er, 0. 2Tm, 0. 5Lu)(C0.6, N0.4)固溶體粉、120g WC 粉、IOg Cr3C2粉、20gTaC粉和300g高熵合金粘結(jié)相原料粉末，其中高熵合金粘結(jié)相原料粉末為鈦鐵合金粉末、鎳鈷合金粉末、鉻粉末、f凡金屬粉末和鑭、鐠、鋪混合稀土粉末，按照鐵、鈷、·鎳、鉻、釩、鈦、鑭、鐠、鈰元素摩爾比I :1 1 1 1 1 0. 5 0. 5 :0. 5配制。然后將上述粉末一起裝入球磨罐中，按照8:1的球料比裝入磨球,并倒入IL酒精,球磨36小時(shí),得到混合粉。將其干燥后按照2. 5wt%的比例加入石蠟成型劑，過篩，制粒。再將混合好的原料，稱取一定重量裝入模腔，壓制成型。然后將制備的樣品裝入低壓燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，其燒結(jié)制度為抽真空至1父10-中&，在6001脫膠，然后升溫(升溫速度51 /min)至1050°C固相燒結(jié)I小時(shí)，再升溫到1400°C (升溫速度2V /min)保溫0. 5小時(shí)后，在該溫度下通入氬氣至5MPa，保溫0.3小時(shí)，最后隨爐冷卻至室溫，即獲得了抗彎強(qiáng)度為2900MPa，維氏硬度1350，斷裂韌性 18MPa.m1/2 的(Ti, 15W, lNb，0. 5Er, 0. 2Tm, 0. 5Lu) (CO. 6，NO. 4) -12%WC-1% Cr3C2-2%TaC-30% (Fe、Co、Ni、Cr、V、Ti、La、Pr、Ce)的含高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料。實(shí)施例7
本實(shí)施例所用原料及工藝步驟如下
分別稱取 700g (Ti, 15W, ILa, 0. 5Dy) (C0.2, N0.8)固溶體粉、200g WC 粉、IOOg 高熵合金粘結(jié)相原料粉末，其中高熵合金粘結(jié)相原料為釩鐵合金粉、鎳鈦合金粉、銅錳合金粉、鈷鉻合金粉、鐵粉、鈦粉、鋯粉、鑰粉、鋁粉，并按照鐵、鈷、鎳、鉻、釩、鈦、鋁、銅、鑰、錳、鋯元素摩爾比I :1 I I I I I I I I 0. 6配制。然后將上述粉末一起裝入球磨te中，，按照6:1的球料比裝入磨球，并倒入IL酒精，球磨72小時(shí)，得到混合粉。將其干燥后按照I. 5wt%的比例加入石蠟成型劑，過篩，制粒。再將混合好的原料，稱取一定重量裝入模腔，壓制成型。然后將制備的樣品裝入低壓燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，其燒結(jié)制度為抽真空至IXlO-1Pa,在600°C脫膠，然后升溫(升溫速度5°C /min)至1200°C固相燒結(jié)I小時(shí)，再升溫到1430°C(升溫速度2°C /min)保溫I小時(shí)后，在該溫度下通入氬氣至2. 5MPa，保溫I小時(shí)，最后隨爐冷卻至室溫，即獲得了抗彎強(qiáng)度為1950MPa，維氏硬度1580，斷裂韌性10. I MPa. m1/2的(Ti, 15W, ILa, 0. 5Dy, ) (CQ 2，N0.8) -20%WC -10% (Fe、Co、Ni、Cr、V、Ti、Al、Cu、Mo、Mn、Zr)的基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料。
實(shí)施例8
本實(shí)施例所用原料及工藝步驟如下
分別稱取 60g(Ti，15 W，5Mo, 0. 2V) (C0.7, N0.3)固溶體粉、15g WC 粉、7gMo2C 粉和18g高熵合金粘結(jié)相原料粉末，其中高熵合金粘結(jié)相原料為鈷、鎳、鉻、銩、鉺、鑰、欽的金屬單質(zhì)粉末，并按照鈷、鎳、鉻、銩、鉺、鑰、欽元素摩爾比I :1 1 0. 5 0. 5 :1 0. 5配制，然后一起裝入球磨罐中，按照6:1的球料比裝入磨球,并倒入IOOml酒精,球磨72小時(shí),得到混合粉末。將其干燥后按照0.5被％的比例加入石蠟成型劑，過篩，制粒。再將混合好的原料，稱取一定重量裝入模腔，壓制成型。然后將制備的樣品裝入低壓燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，其燒結(jié)制度為抽真空至1父10_中&，在6001脫膠，然后升溫(升溫速度31 /min)至1300°C固相燒結(jié)I小時(shí)，再升溫到1400°C (升溫速度2V /min)保溫I. 5小時(shí)后，在該溫度下通入氬氣至0. 5MPa，保溫0. 5小時(shí)，最后隨爐冷卻至室溫，即獲得了抗彎強(qiáng)度為2350MPa，維氏硬度1450，斷裂韌性 11. 3 MPa. m1/2 的(Ti, 15W, 5Mo, 0. 2V) (C0.7, N0.3) -15%WC-7%Mo2C -18%(Co、Ni、Cr、Tm、Er、Mo、Ho)的基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料。實(shí)施例9
本實(shí)施例所用原料及工藝步驟如下
分別稱取 660g (Ti, 15W, INb, 0. 5Er, 0. 2Tm, 0. 5Lu) (C0.6, N0.4)固溶體粉、150g WC粉、80gMo2C粉、50gNbC粉和60g高熵合金粘結(jié)相原料粉末，其中高熵合金粘結(jié)相原料為釩粉、鈦粉、招銅合金粉、銅粉、鈷鎳合金粉、鉻粉,并按照鈷、鎳、鉻、錯、銅、f凡、鈦、招元素摩爾比I :1 1 1 1 1 1 1配制，然后一起裝入球磨罐中，按照8:1的球料比裝入磨球,并倒入900ml酒精，球磨36小時(shí)，得到混合粉。將其干燥后按照2. 5wt%的比例加入石蠟成型劑，過篩，制粒。再將混合好的原料，稱取一定重量裝入模腔，壓制成型。然后將制備的樣品裝入低壓燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，其燒結(jié)制度為抽真空至IXKT1Pa,在600°C脫膠，然后升溫(升溫速度5°C /min)至1050°C固相燒結(jié)I小時(shí)，再升溫到1400°C (升溫速度2V /min)保溫0. 5小時(shí)后，在該溫度下通入氬氣至5MPa，保溫0. 3小時(shí)，最后隨爐冷卻至室溫，即獲得了抗彎強(qiáng)度為 1780MPa，維氏硬度 1680，斷裂韌性 9. 5MPa. m1/2 的(Ti, 15W, INb, 0. 5Er, 0. 2Tm, 0. 5Lu)(Co.6, N0.4) -15%wc -8%Mo2C-5TaC -6% (Co、Ni、Cr、Zr、Cu、V、Ti、Al)的基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料。實(shí)施例10
本實(shí)施例所用原料及工藝步驟如下
分別稱取 800g (Ti, 15W, IYb, 0. 5Tb) (C0.4，N0.6)固溶體粉、30g Mo2C 粉、50TaC 粉和120g高熵合金粘結(jié)相原料粉末，其中高熵合金粘結(jié)相原料為鐵粉、鈷粉、鎳粉、鉻粉、鑰粉、銅粉、錳粉、釩粉、鈦粉，并按照鐵、鈷、鎳、鉻、鑰、銅、錳、釩、鈦元素摩爾比I :1 1 1 1 1 I 1 :1配制，然后一起裝入球磨罐中，按照7:1的球料比裝入磨球，并倒入IL酒精，球磨72小時(shí)，得到混合粉。將其干燥后按照1 〖％的比例加入石蠟成型劑，過篩，制粒。再將混合好的原料，稱取一定重量裝入模腔，壓制成型。然后將制備的樣品裝入低壓燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，其燒結(jié)制度為抽真空至1父10_中&，在6001脫膠，然后升溫(升溫速度51 /min)至1050°C固相燒結(jié)I小時(shí)，再升溫到1420°C (升溫速度2V /min)保溫I. 5小時(shí)后，在該溫度下通入氬氣至6MPa，保溫0. I小時(shí)，最后隨爐冷卻至室溫，即獲得了抗彎強(qiáng)度為2000MPa，維氏硬度 1550,斷裂韌性 10. 5 MPa. m1/2 的(Ti, 15W, IYb, 0. 5Tb) (C0.4，N0.6) -3% Mo2C-5%TaC-12% (Fe、Co、Ni、Cr、Mo、Cu、Mn、V、Ti)的基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料。
實(shí)施例11
本實(shí)施例所用原料及工藝步驟如下分別稱取 500g(Ti，5Nb, 5Mo, 0. 2Cr, 0. 5Y, 0. 5Nd) (C0 9, Ntl l)固溶體粉、250g WC粉、40gTaC粉、IOgV8C7粉、200g高熵合金粘結(jié)相原料粉末，其中高熵合金粘結(jié)相原料為鐵粉、鈷粉、鎳粉、鉻粉、鑰粉、銅粉、禮粉、鋪粉，并按照鐵、鈷、鎳、鉻、鑰、銅、禮、鋪元素摩爾比I :1 1 :1 :1 :1 :0.5 :0. 5配制，然后一起裝入球磨罐中，按照4:1的球料比裝入磨球，并倒入IL酒精，球磨36小時(shí)，得到混合粉末。將其干燥后按照2wt%的比例加入聚乙二醇成型劑，過篩，制粒。再將混合好的原料，稱取一定重量裝入模腔，壓制成型。然后將制備的樣品裝入低壓燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，其燒結(jié)制度為抽真空至1\10_中&，在5001脫膠，然后升溫(升溫速度4°C /min)至1100°C固相燒結(jié)2小時(shí)，再升溫到1450°C (升溫速度TC /min)保溫I. 5小時(shí)后，在該溫度下通入IS氣至2MPa,保溫I小時(shí),最后隨爐冷卻至室溫，即獲得了抗彎強(qiáng)度為2550MPa，維氏硬度1380，斷裂韌性15 MPa. m1/2的(Ti，5Nb, 5Mo,
0.2Cr, 0. 5Y, 0. 5Nd) (C0.9, N0^) -25%WC _4%TaC_ 1%VC -20% (Fe、Co、Ni、Cr、Mo、Cu、Gd、Tb)的基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料。
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實(shí)施例12
本實(shí)施例所用原料及工藝步驟如下
分別稱取 550g (Ti，15W) (CQ.7，N0.3)固溶體粉、IlOg WC 粉、IOg Cr3C2 粉、30gTaC 粉和300g高熵合金粘結(jié)相原料粉末，其中高熵合金粘結(jié)相原料為鐵鉻合金粉末、鈷粉，鋁粉、鐵粉，并按照鐵、鈷、鉻、鋁元素摩爾比I :1 1 1配制。然后將上述粉末一起裝入球磨罐中，按照8:1的球料比裝入磨球，并倒入850ml丙酮，球磨36小時(shí)，得到混合粉。將其干燥后按照I. 25被％的比例加入石蠟成型劑，過篩，制粒。再將混合好的原料，稱取一定重量裝入模腔，壓制成型。然后將制備的樣品裝入低壓燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，其燒結(jié)制度為抽真空至1父10-中&，在6001脫膠，然后升溫(升溫速度51 /min)至1050°C固相燒結(jié)I小時(shí)，再升溫到1400°C (升溫速度2°C /min)保溫0. 5小時(shí)后，在該溫度下通入氬氣至5MPa，保溫
0.3小時(shí)，最后隨爐冷卻至室溫，即獲得了抗彎強(qiáng)度為2820MPa，維氏硬度1385，斷裂韌性17. 6MPa. m1/2 的(Ti, 15W) (C0.6, N0.4) -11%WC-1% Cr3C2-3%TaC -30% (Fe、Co、Cr、Al)的含高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料。
權(quán)利要求
1.一種基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料，其特征在于所述的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料的粘結(jié)相為高熵合金,硬質(zhì)相為碳氮化物固溶體。
2.按照權(quán)利要求I所述的基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料，其特征在于所述高熵合金粘結(jié)相由鐵、鈷、鎳、鉻、鋁、釩、鈦、銅、鋯、鑰、錳和稀土元素中的至少四種組成，且每種元素的含量摩爾比在5%至35%之間。
3.按照權(quán)利要求I所述的基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料，其特征在于所述碳氮化物固溶體硬質(zhì)相為Ti (Cx, N1^x), (TtMPu)(C^Nh)中至少一種，其中(Ti, Ml…)(Cx, U中Ml組元為W、Mo、Ta、Nb、V、Cr、Zr、Hf、Y和鑭系元素中的至少一種，所述的 Ti (Cx, N1^x)和(Ti，Ml…)H)中，O < X < I。
4.一種基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料制備方法，其特征在所述基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料的原料組分及各組分的重量百分?jǐn)?shù)為 高熵合金粘結(jié)相原料3 30 % 第二類碳化物粉末0 30% 碳氮化物固溶體粉末余量； 所述基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料制備方法的工藝步驟如下 (1)球磨混料 將高熵合金粘結(jié)相原料，第二類碳化物粉末，碳氮化物固溶體粉末，按照上述原料配比計(jì)算，并秤量好；然后一起裝入球磨罐中，按照4: f 8:1的球料比裝入磨球，并倒入以滿足要求為限的酒精或丙酮，球磨24-72小時(shí)，干燥后按照比例加入成型劑，過篩，制粒； (2)成型 將步驟(I)混合好的原料，稱取一定重量裝入模腔，壓制成型； (3)低壓燒結(jié) 將步驟(2)制備的樣品裝入低壓燒結(jié)爐中，抽真空至IX KT1Pa,在600°C脫膠，然后升溫(升溫速度3-5°C /min)至1100°C -1300°C固相燒結(jié)1-2小時(shí)，再升溫到1400°C -1480°C(升溫速度1_3°C /min)保溫0. 5-1. 5小時(shí)后，在該溫度下通入氬氣至0. 5_6MPa，保溫0. 5-1小時(shí)，最后隨爐冷卻至室溫，即獲得基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料。
5.按照權(quán)利要求4所述的基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料制備方法，其特征在于所述高熵合金粘結(jié)相原料為鐵、鈷、鎳、鉻、鋁、釩、鈦、銅、鋯、鑰、錳和稀土元素的金屬單質(zhì)粉末或/和它們的合金粉末，并且原料中含有上述元素中的至少四種，每種元素的含量摩爾比在5%至35%之間。
6.按照權(quán)利要求4所述的基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料制備方法，其特征在于所述的第二類碳化物粉末為WC、VxC (0 < X ^ l)、Mo2C、Cr3C2、TaC、NbC中至少一種。
7.按照權(quán)利要求4所述的基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料制備方法，其特征在于所述的碳氮化物固溶體粉末為Ti (Cx, N1J，(Ti, Ml…)(Cx，N1J粉末中至少一種，其中(Ti，Ml…)(Cx，U中Ml組元為W、Mo、Ta、Nb、V、Cr、Zr、Hf、Y和鑭系元素中的至少一種，所述的 Ti (Cx, N1^x)和(Ti，Ml…)(CxlNh)中，0 < X < I。
全文摘要
一種基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷材料，所述碳氮化鈦基金屬陶瓷材料的粘結(jié)相為高熵合金，硬質(zhì)相為碳氮化物固溶體，其中高熵合金粘結(jié)相為鐵、鈷、鎳、鉻、鋁、釩、鈦、銅、鋯、鉬、錳和稀土元素中的至少四種，且每種元素的含量摩爾比在5%至35%之間。上述基于高熵合金粘結(jié)相的碳氮化鈦基金屬陶瓷制備方法中原料組分及各組分重量百分?jǐn)?shù)為高熵合金粘結(jié)相3～30％，第二類碳化物粉末0～30％，余量為碳氮化物固溶體粉末，所述碳氮化物固溶體粉末為Ti(Cx,N1-x)，(Ti,M1…)(Cx,N1-x)中至少一種，其中(Ti,M1…)(Cx,N1-x)中M1組元為W、Mo、Ta、Nb、V、Cr、Zr、Hf、Y和鑭系元素中的至少一種，所述的Ti(Cx,N1-x)和(Ti,M1…)(Cx,N1-x)中，0﹤x﹤1，其工藝步驟(1)球磨混料，(2)成型，(3)低壓燒結(jié)。
文檔編號C22C29/04GK102787266SQ201210321098
公開日2012年11月21日 申請日期2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月4日
發(fā)明者劉穎, 葉金文, 張豪 申請人:四川大學(xué)