[发明专利]基于碳化物形成元素促进碳迁移的金属陶瓷耐磨材料制备方法

说明书

本发明公开了一种基于碳化物形成元素促进碳迁移的金属陶瓷耐磨材料制备方法，其特征是先在500～700℃保温1～2h，形成含碳化物形成元素的金属陶瓷坯体；然后将Al₂O₃包覆TiH₂的核/壳结构粉末，厚度小于3nm、层数小于3层且比表面积大于250m²/g的石墨烯，Na₂CO₃三种物质按重量百分比3:2:1混合配制出含氢渗碳介质；再将生坯埋入含氢渗碳介质中的并在5~15MPa压力下紧实；最后进行液相烧结，基于碳化物形成元素促进碳迁移制备出金属陶瓷耐磨材料。本发明克服了现有工艺存在的晶粒长大严重、渗碳时间长、效率低的问题，在烧结过程中实现金属陶瓷耐磨材料制备。

技术领域

本发明涉及一种耐磨材料的制备方法，特别涉及基于碳化物形成元素促进碳迁移的金属陶瓷耐磨材料制备方法，属于耐磨材料领域。

背景技术

Ti(C,N)基金属陶瓷不但具有较高的硬度、耐磨性、红硬性、优良的化学稳定性以及与金属间极低的摩擦系数，而且还有一定的韧性和强度。全球钛(Ti)的储量约是W储量的1000倍左右，相比使用W战略资源的硬质合金材料具有相对的资源优势，所以Ti(C,N)基金属陶瓷材料有巨大的市场前景。作为耐磨材料使用时，若能在其表面引入石墨等固体润滑相，可进一步减少其磨损，提高其使用寿命。

CN200910032962.4公开了一种梯度结构纳米碳管增强的Ti(C,N)基金属陶瓷及其制备方法。该金属陶瓷成分质量分数为：C为6.5～8.0，其中0.5-1.0的碳由纳米碳管引入，N为1.5～2.5，Ti为36～45，Ni为20～32，Mo为10～18，W为6～10。该发明将原料配制成符合上述成份的混合料，然后经混料、添加成型剂、压制成型、脱脂、真空烧结得到烧结体。再将该烧结体置于双层辉光等离子渗碳炉进行渗碳处理。源极材料为纯度高于96％的高纯石墨，所用氩气纯度≥99.0％，充入炉内氩气压力为20－40Pa，处理温度为1100－1200℃，处理时间为90-180min。CN104496548A公开了一种金属陶瓷表面处理方法，其采用如下方法：将金属陶瓷坯体置于充满甲磺气体和碳纤维棉的混合碳源气体的真空容器中，在大于或等于陶瓷烧结温度的条件下（1400-1600℃），进行真空渗碳处理，保温2-4小时后取出陶瓷制品，渗碳完毕。

但是，上述方法是在材料烧结完成后再进行渗碳处理，渗碳时间长，效率不高；而且高温下金属陶瓷材料容易出现晶粒长大，导致材料性能下降。因此，寻找制备金属陶瓷耐磨材料的新方法十分必要。

发明内容

本发明针对目前制备金属陶瓷耐磨材料时，“烧结+渗碳”工艺存在的晶粒长大严重、渗碳时间长、效率低的问题，提出先制备出含碳化物形成元素的金属陶瓷坯体，再将Al₂O₃包覆TiH₂的核/壳结构粉末、石墨烯、Na₂CO₃混合行星球磨时均匀混合形成含氢渗碳介质，然后将多孔生坯放入渗碳介质中并进行紧实，最后进行液相烧结时基于碳化物形成元素促进碳迁移实现金属陶瓷耐磨材料制备。

本发明的基于碳化物形成元素促进碳迁移的金属陶瓷耐磨材料制备方法，其特征在于依次包含以下步骤：

（1）含碳化物形成元素的金属陶瓷坯体制备：称取各种原料粉末配料，按重量百分比Ni占5～20wt%，Co占0～20wt%，Mo占2～10wt%, W占2～10wt%，TiC_0.7N_0.3为余量；将称取的粉末混合并经过球磨、过滤、干燥、掺成型剂、压制成型得到金属陶瓷生坯；金属陶瓷生坯在真空烧结炉中升温到500～700℃，升温速度为1～5℃/min，真空度为5～15Pa, 并保温1～2h，形成含碳化物形成元素的金属陶瓷坯体；