【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及粉末冶金領(lǐng)域，具體的說是一種梯度多層納米ti(c,n)基金屬陶瓷及制備方法。
技術(shù)介紹
1、由于wc和co資源稀缺且價格非常昂貴，不易保證硬質(zhì)合金的持續(xù)發(fā)展，因此有必要尋找wc-co硬質(zhì)合金替代材料。全球鈦(ti)的儲量約是鎢儲量的1000倍左右，從成本上看，制作ti(c,n)基復(fù)合材料收益更大，所以ti(c,n)基復(fù)合材料有巨大的市場前景。同時，ti(c,n)基陶瓷具有熱硬度高、耐磨性好、摩擦系數(shù)低、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點，被認(rèn)為是wc基硬質(zhì)合金的替代品。
2、ti(c,n)基金屬陶瓷是一種具有陶瓷硬相和金屬結(jié)合劑相的復(fù)合材料，既具有金屬的塑性韌性，又具有陶瓷的耐磨性使其在切削刀具領(lǐng)域獲得了相當(dāng)多的研究關(guān)注，常被用來作為切削刀具使用。但是，由于其斷裂強度和韌性較wc基硬質(zhì)合金低，因此在加工過程中，材料內(nèi)部容易產(chǎn)生微裂紋從而降低使用壽命，阻礙了其廣泛應(yīng)用。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)旨在提供一種梯度多層納米ti(c,n)基金屬陶瓷及制備方法，以得到兼具硬度和斷裂韌性的ti(c,n)基金屬陶瓷。
2、為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用的具體方案為：一種梯度多層納米ti(c,n)基金屬陶瓷的制備方法，包括以下步驟：
3、s1:按照質(zhì)量百分比，將64.9％碳氮化鈦、23％碳化鎢、8％鈷、4％碳化鉬和0.1％石墨烯納米片混合，得粉料ⅰ，將粉料ⅰ和硬質(zhì)合金球、無水乙醇混合、干燥，得混合粉末ⅰ；將60.9％碳氮化鈦、23％碳化鎢、8％鈷、8％碳化鉬
4、s2:將混合粉末ⅰ和混合粉末ⅱ逐層加入模具，得表層為混合粉末ⅱ層、芯層為混合粉末ⅰ層的三層混合粉末，放電等離子燒結(jié)，即制得所述的梯度多層納米ti(c,n)基金屬陶瓷。
5、作為上述技術(shù)方案的進一步優(yōu)化：碳氮化鈦的粒徑為0.5-0.8μm，碳化鎢的粒徑180-220nm，鈷的粒徑45-65nm，碳化鉬的粒徑1-3μm，石墨烯納米片的片徑為5-10μm。
6、作為上述技術(shù)方案的進一步優(yōu)化：三層混合粉末中，單層表層與芯層的質(zhì)量比大于等于0.4，小于等于0.5。
7、作為上述技術(shù)方案的進一步優(yōu)化：粉料ⅰ和粉料ⅱ分別與硬質(zhì)合金球、無水乙醇以行星式球磨或滾筒式球磨的方式進行混合。
8、作為上述技術(shù)方案的進一步優(yōu)化：行星式球磨或滾筒式球磨的轉(zhuǎn)速為180-240rpm，混合時間為16-20h。
9、作為上述技術(shù)方案的進一步優(yōu)化：步驟s1中，干燥溫度為70-80℃，干燥時間為12-16h。
10、作為上述技術(shù)方案的進一步優(yōu)化：放電等離子燒結(jié)在真空條件下進行，使用氮氣作為保護氣體，燒結(jié)溫度為1350-1500℃，保溫保壓時間為8-20min，燒結(jié)壓力為30-45mpa。
11、作為上述技術(shù)方案的進一步優(yōu)化：放電等離子燒結(jié)的升溫速率如下：800℃以內(nèi)，升溫速率為50-60℃/min，800℃-1500℃，升溫速率為70-80℃/min。
12、作為上述技術(shù)方案的進一步優(yōu)化：真空條件的真空度≤1×10-1pa。
13、一種梯度多層納米ti(c,n)基金屬陶瓷，由上述任一所述的方法制得。
14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)有如下有益效果：
15、本專利技術(shù)通過控制表層和芯層不同的碳化鉬質(zhì)量占比，在表層形成硬質(zhì)相富集區(qū)，而在內(nèi)芯部形成粘結(jié)相富集區(qū)，硬質(zhì)相富集可以提高維氏硬度，粘結(jié)相富集可以提高斷裂韌性，從而得到兼具硬度和斷裂韌性的ti(c,n)基金屬陶瓷；同時，將金屬陶瓷設(shè)置為三層結(jié)構(gòu)，可以減弱應(yīng)力集中現(xiàn)象，層與層之間的界面可以偏轉(zhuǎn)裂紋，阻礙裂紋擴散。
16、本專利技術(shù)中添加的石墨烯納米片不僅可以整體提高梯度多層納米ti(c,n)基金屬陶瓷的強度和韌性，并且可以加強界面之間的鏈接，有效避免了界面開裂而導(dǎo)致的材料失效。
17、使用氮氣作為保護氣體，一方面保護粉末不受活性氣體影響產(chǎn)生氧化等現(xiàn)象，另一方面恒電壓的脈沖電流加載方式和控制不同階段的升溫速率有利于促進表面富集氮元素，從而促進硬質(zhì)相的形成，提高表面硬度。
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1.一種梯度多層納米Ti(C,N)基金屬陶瓷的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的一種梯度多層納米Ti(C,N)基金屬陶瓷的制備方法，其特征在于：碳氮化鈦的粒徑為0.5-0.8μm，碳化鎢的粒徑180-220nm，鈷的粒徑45-65nm，碳化鉬的粒徑1-3μm，石墨烯納米片的片徑為5-10μm。
3.如權(quán)利要求1所述的一種梯度多層納米Ti(C,N)基金屬陶瓷的制備方法，其特征在于：三層混合粉末中，單層表層與芯層的質(zhì)量比大于等于0.4，小于等于0.5。
4.如權(quán)利要求1所述的一種梯度多層納米Ti(C,N)基金屬陶瓷的制備方法，其特征在于：粉料Ⅰ和粉料Ⅱ分別與硬質(zhì)合金球、無水乙醇以行星式球磨或滾筒式球磨的方式進行混合。
5.如權(quán)利要求4所述的一種梯度多層納米Ti(C,N)基金屬陶瓷的制備方法，其特征在于：行星式球磨或滾筒式球磨的轉(zhuǎn)速為180-240rpm，混合時間為16-20h。
6.如權(quán)利要求1所述的一種梯度多層納米Ti(C,N)基金屬陶瓷的制備方法，其特征在于：步驟S1中，干燥溫度為70-80℃，
7.如權(quán)利要求1所述的一種梯度多層納米Ti(C,N)基金屬陶瓷的制備方法，其特征在于：放電等離子燒結(jié)在真空條件下進行，使用氮氣作為保護氣體，燒結(jié)溫度為1350-1500℃，保溫保壓時間為8-20min，燒結(jié)壓力為30-45MPa。
8.如權(quán)利要求7所述的一種梯度多層納米Ti(C,N)基金屬陶瓷的制備方法，其特征在于：放電等離子燒結(jié)的升溫速率如下：800℃以內(nèi)，升溫速率為50-60℃/min，800℃-1500℃，升溫速率為70-80℃/min。
9.如權(quán)利要求7所述的一種梯度多層納米Ti(C,N)基金屬陶瓷的制備方法，其特征在于：真空條件的真空度≤1×10-1Pa。
10.一種梯度多層納米Ti(C,N)基金屬陶瓷，其特征在于：由權(quán)利要求1-9中任一權(quán)利要求所述的方法制得。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種梯度多層納米ti(c,n)基金屬陶瓷的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的一種梯度多層納米ti(c,n)基金屬陶瓷的制備方法，其特征在于：碳氮化鈦的粒徑為0.5-0.8μm，碳化鎢的粒徑180-220nm，鈷的粒徑45-65nm，碳化鉬的粒徑1-3μm，石墨烯納米片的片徑為5-10μm。
3.如權(quán)利要求1所述的一種梯度多層納米ti(c,n)基金屬陶瓷的制備方法，其特征在于：三層混合粉末中，單層表層與芯層的質(zhì)量比大于等于0.4，小于等于0.5。
4.如權(quán)利要求1所述的一種梯度多層納米ti(c,n)基金屬陶瓷的制備方法，其特征在于：粉料ⅰ和粉料ⅱ分別與硬質(zhì)合金球、無水乙醇以行星式球磨或滾筒式球磨的方式進行混合。
5.如權(quán)利要求4所述的一種梯度多層納米ti(c,n)基金屬陶瓷的制備方法，其特征在于：行星式球磨或滾筒式球磨的轉(zhuǎn)速為180-240rpm，混合時間為16-20h。
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙志偉，喬木，張世杰，梁笑微，白柳揚，關(guān)春龍，盧新坡，鄭紅娟，
申請(專利權(quán))人：河南工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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