[发明专利]一种CoCrNiCuMn-TiN-TiC-WC复合材料的制备方法

说明书

本发明提供一种CoCrNiCuMn‑TiN‑TiC‑WC复合材料及其制备方法，复合材料的原料配方为CoCrNiCuMn、TiNx、TiC和WC；其中所述TiNx中的x＝0.3～0.9或x＝1.1～1.3，所述CoCrNiCuMn的质量百分比为5～20wt.％，TiNx的质量百分比为20～50wt.％，WC的质量百分比为2～10wt.％，余量为TiC。制备方法包括以下步骤：S1、制备150nm以细的CoCrNiCuMn粉末；S2、制备150nm以细的TiNx粉末；S3、制备150nm以细的TiC粉末；S4、制备150nm以细的WC粉末；S5、混料、预压、真空热压烧结制得CoCrNiCuMn‑TiN‑TiC‑WC复合材料。本发明公开的复合材料具有高硬度和高韧性。

技术领域

本发明涉及材料复合技术领域，具体而言是一种 CoCrNiCuMn-TiN-TiC-WC复合材料及其制备方法。

背景技术

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(C0.7N0.3)-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,et al.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.]其原料组成复杂，粘结相和硬质相结合较差，且在组织中生成了大量缺碳化合物，降低了Ti(C,N)基复合材料性能。

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,et al.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).]其研究表明AlCoCrFeNi结合的Ti(C,N)金属陶瓷组织并不均匀，并不能替代传统的金属陶瓷粘结剂。

以上研究的组织中都检测到大量缺碳化合物相，可推测所制备的Ti(C,N) 基复合材料性能并不理想，也未见研究人员针对Ti(C,N)基复合材料力学性能的报道。

杨梅等采用微波烧结制备了Ti(C,N)/CoNiFeCuMnx(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。]

以上两项研究中仅将Ti(C,N)和高熵合金混合烧结，未解决高熵合金和 Ti(C,N)结合性较差等问题。

发明内容

根据上述技术问题，本发明提供了一种CoCrNiCuMn-TiN-TiC-WC复合材料及其制备方法。