[发明专利]基于碳迁移的表面自润滑Ti(C;N)基金属陶瓷制备方法

说明书

本发明公开了一种基于碳迁移的表面自润滑Ti(C,N)基金属陶瓷制备方法，其特征是先在500～650℃下保温2～4h形成孔隙度为25%～40%的脱除成型剂的金属陶瓷生坯；然后将无定形Si‑C‑O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2:1:1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，基于碳迁移实现表面自润滑Ti(C,N)基金属陶瓷制备。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，在烧结过程中实现表面自润滑Ti(C,N)基金属陶瓷制备。

技术领域

本发明涉及一种金属陶瓷材料的制备方法，特别涉及基于碳迁移的表面自润滑Ti(C,N)基金属陶瓷制备方法，属于复合材料领域。

背景技术

Ti(C,N)金属陶瓷由于具有比WC基硬质合金更好的红硬性、较低的腐蚀性、导热率和摩擦系数、较好的抗粘刀能力,在许多加工场合已成功取代WC硬质合金。通过表面渗碳处理制备出表面自润滑的金属陶瓷，可以进一步提高其抗摩擦磨损性能。CN94119863.4公开了一种陶瓷材料的渗碳方法。将陶瓷(Al₂O₃、ZrO₂或氧化物系列)浸入HF溶液，以便对其进行深入到0.01μm～100μm的表面处理；将经过上述表面处理的陶瓷材料放入石英管中，再转入渗碳炉中；然后注入硅氧烷和轻石油，加热和冷却；最后进行树脂处理、洗涤和干燥，得到碳浸渗入0.01μm～100μm的渗碳滑动材料。这样，渗碳在简单方式下进行，可使滑动材料诸如Al₂O₃等具有改善的摩擦系数和其它改善的性能。钟杰等报道了一种金属陶瓷的双辉渗碳方法，按TiC-10wt%TiN-32wt%Ni-16 wt%Mo-8.4wt%WC配料，粉末混合后加适量酒精分散，机械球磨混料24 h , 转速260 r/min , 球料比为7：1；球磨后烘干并压制成型, 压制压力为300 MPa；随后进行真空液相烧结, 烧结温度为1430 ℃, 保温60 min；烧结后打磨抛光试样表面, 装入双辉等离子渗碳设备中进行渗碳, 渗碳温度为1200 ℃, 渗碳时间为180min , 放电气体为高纯氩气, 源极靶材为高纯石墨。（钟杰, 郑勇, 张一欣.功能梯度Ti(C, N)基金属陶瓷制备技术.复合材料学报，2009，26（3）：111-115）。

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，寻找制备表面自润滑金属陶瓷材料的新方法十分必要。

发明内容

本发明针对目前制备表面自润滑金属陶瓷材料时，“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，提出先将金属陶瓷压坯脱除成型剂使其形成多孔生坯，再将无定形Si-C-O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迁移制备出表面自润滑Ti(C,N)基金属陶瓷。

本发明的基于碳迁移的表面自润滑Ti(C,N)基金属陶瓷制备方法，其特征在于依次包含以下步骤：

（1）脱成型剂金属陶瓷生坯制备：按重量百分比称取各种原料粉末配料，其中Ni占5～20wt%，Co占0～20wt%，Mo₂C占5～15wt%， WC占5～20wt%，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500～650℃保温2～4h，真空度为10～25Pa, 形成孔隙度为25%～40%的脱除成型剂的金属陶瓷生坯；