[发明专利]一种高熵合金粘结相Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法

说明书

本发明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，其特征是先采用间歇式行星球磨制备出Co:Ni:Fe:Cu:Mn＝1:1:1:1:(0.3～1)的非晶态的高熵合金粘结相粉末；然后将非晶态的高熵合金粘结相粉末与硬质相粉末进行滚筒式球磨混合，制备出的混合料仍为非晶态；最后采用在1400～1450℃微波烧结使金属陶瓷中的非晶态的高熵合金粘结相发生晶化，非晶态向晶态转变的过程以及高熵合金自身的迟滞元素扩散效应使硬质相向粘结相中的溶解得到抑制，其粘结相是单相面心立方结构的高熵合金，从而制备出了高熵合金粘结相金属陶瓷。本发明克服了现有的高熵合金粘结相金属陶瓷制备时，Ti(C,N)硬质相在粘结相中溶解而出现相对含量降低，硬质相晶粒容易出现异常长大，最终导致硬质合金力学性能不足的问题，可用于切削刀具、耐磨零件等领域。

技术领域

本发明涉及一种金属陶瓷材料的制备方法，特别涉及一种高熵合金粘结相Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法，属于复合材料领域。

背景技术

Ti(C,N)基金属陶瓷是以Ti(C,N)等为基，Ni/Co为粘结剂，并添加WC、Mo₂C、TaC等碳化物采用粉末冶金方法制备的多相固体材料。由于Ti(C,N)基金属陶瓷使用资源相对丰富的Ti、Ni作为主要原料，可节约稀缺的W、Co战略资源，目前已经被视为传统硬质合金的替代材料而受到重视。金属陶瓷与硬质合金一样都是硬质相+粘结相的组织结构，目前国内外对硬质相的复合化、超细化等方面进行许多研究，但是对粘结相性能的改善研究较少。

CN102787266A一种基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料，所述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，其中高熵合金粘结相为铁、钴、镍、铬、铝、钒、钛、铜、锆、钼、锰和稀土元素中的至少四种，且每种元素的含量摩尔比在5％至35％之间。上述基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷制备方法中原料组分及各组分重量百分数为高熵合金粘结相3～30％，第二类碳化物粉末0～30％，余量为碳氮化物固溶体粉末。其制备工艺是将高熵合金粘结相原料，第二类碳化物粉末，碳氮化物固溶体粉末进行混合，经压制后再1400-1480℃保温0.5-1.5h。CN102787267A公开了一种基于高熵合金粘结剂的多元硼化物金属陶瓷及其制备方法，该硼化物金属陶瓷以高熵合金为粘结相，以多元硼化物为硬质相，高熵合金粘结相由铁、钴、镍、铬、铝、钒、钛、铜、锆、钼、锰元素中的至少四种组成。制备时是将所有原料粉末混合球磨，经压制后进行低压烧结，烧结温度1100～1300℃，保温时间90～120min。

但是，现有的高熵合金粘结相金属陶瓷制备工艺采用将按高熵合金成分设计的各种粘结相粉末与其他硬质相粉末一起进行球磨，因此，各种粘结相成分粉末会分散于硬质相粉末颗粒之间，这就不能为组成高熵合金的各种粘结相成分在球磨和烧结过程相互扩散发生固溶反应形成高熵合金提供有利条件。而且，传统烧结工艺的升温速度慢，保温较长，硬质相元素会向粘结相中溶解，即使形成了高熵合金成分的粘结相，其成分也难以保持。因此，目前的硬质相与粘结相一同球磨混合+常规烧结的工艺，难以获得真正的高熵合金粘结相，而且还会出现硬质相成分向粘结相中溶解而出现硬质相含量下降和晶粒长大的结果。因此，有必要开发新的高熵合金粘结相金属陶瓷制备技术。

发明内容

本发明针对目前采用粘结相与硬质相共同混合再进行常规烧结的方式难以获得真正的高熵合金粘结相金属陶瓷，还会出现硬质相晶粒长大和含量下降的问题，提出了制备先制备非晶高熵合金粘结相粉末，最后进行微波烧结的技术方案。本发明首先采用间歇式行星球磨制备出CoNiFeCuMn非晶态的高熵合金粘结相粉末；然后将非晶态的高熵合金粘结相粉末与硬质相粉末进行滚筒式球磨混合，制备出的混合料仍为非晶态；最后采用快速升温、短时保温的微波烧结工艺使金属陶瓷中的非晶态的高熵合金粘结相发生晶化，非晶态向晶态转变的过程以及高熵合金自身的迟滞元素扩散效应使硬质相向粘结相中的溶解得到抑制，其粘结相是真正的高熵合金，从而制备出了高熵合金粘结相金属陶瓷。

本发明的高熵合金粘结相Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法，其特征在于依次包含以下步骤：