[发明专利]一种Ti(C,N)基硬质合金材料及其制备方法

说明书

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种Ti(C,N)基硬质合金材料及其制备方法，其化学成分的质量百分比为：TiN_x：20～40wt.％，其中x＝0.3～0.9或x＝1.1～1.3、CoCrNiCuFe_0.5Mn：10～30wt.％、AlN：5～15wt.％、其余为TiC。制备时，首先制备TiN_x和CoCrNiCuFe_0.5Mn粉末并细化TiC和AlN粉末；然后将上述粉末按不同质量比在球磨机中混料；混合均匀后装填入石墨模具中进行预压；然后把预压后的样品装入石墨磨具中进行真空热压烧结，制得Ti(C,N)基硬质合金材料。本发明提供了一种Ti(C,N)基硬质合金材料及其制备方法，降低了Ti(C,N)基硬质合金的烧结温度和生产成本，提高其硬度和断裂韧性。

技术领域

本发明属于复合材料领域，特别涉及一种Ti(C,N)基硬质合金材料及其制备方法。

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、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的问题，又不能实现高温下的抗氧化或耐腐蚀等问题。朱刚等采用真空烧结制备了Ti(C_0.7N_0.3)-WC-Mo₂C-TaC-AlCoCrFeNi体系金属陶瓷。研究了该金属陶瓷在烧结过程中的微观结构形成和相转变规律。研究结果表明，AlCoCrFeNi高熵合金粘结相的引入一方面延长了WC扩散固溶形成(W,M)C环形相的过程，抑制了灰色外环相的生长，使得组织中几乎很难观察到连续分布的外环相。另一方面在烧结的初期阶段，组织中形成了大量的M₆C型η相，并且含量随着温度的升高而减少，在1350℃之后η相逐渐溶解消失。[朱刚,谢明,陈家林,etal.Ti(C,N)/AlCoCrFeNi基金属陶瓷烧结过程中的微观结构和相变[J].材料科学与工程学报,2016(3):353-356.]朱刚等还研究了Ti(C,N)/AlCoCrFeNi金属陶瓷烧结过程中粘结相的表面富集行为。其结果表明，在1300℃下烧结60min后，合金烧结体表面发生了明显的富集，并形成了第三相，即类似M₆C结构的缺碳相(η)。[朱刚,陈家林,贾海龙,etal.Ti(C,N)/AlCoCrFeNi金属陶瓷烧结过程中的粘结相表面富集行为研究[J].材料导报,2017(16).]，但以上研究并没有明确指出高熵合金结合的Ti(C,N)基硬质合金的力学性能。杨梅等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。[杨梅；韩冰；龙剑平.一种高熵合金粘结相Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法.CN109022990A.成都理工大学.2018.12.18。]刘颖等采用低压烧结，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。[刘颖；叶金文；张豪.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.CN102787266A.四川大学.2012.11.21。]。以上研究中，仅利用高熵合金和正常化学计量比碳化物，对提升Ti(C,N)基硬质合金性能、降低烧结温度的作用有限。

发明内容