[发明专利]基于(Ti;Me)CN-TiCN-MxC-Co的金属陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于(Ti,Me)CN‑TiCN‑M_xC‑Co的金属陶瓷材料及其制备方法，金属陶瓷材料为球形粉末，组分组成以质量百分比计包括：(Ti,Me)CN‑TiCN‑M_xC‑Co和选自Ni、Mo和Fe中的至少一种，(Ti,Me)CN和TiCN的混合粉末含量为1～49％，M_xC的含量为41～70％，Co和选自Ni、Mo和Fe中的至少一种的含量为10～29％；Me为W、Mo、Ta、V、Cr、Nb和Zr中的至少一种，M_xC为WC、MoC、Mo₂C、TaC、Cr₃C₂、NbC、VC和ZrC中的至少一种。通过混料干燥、球形化粉末、烧结处理制取。粉末球形化可以采用滚筒球化、射频等离子球化或喷雾造粒球化等方法进行。本发明提供的金属陶瓷材料，用作涂层材料提高了涂层与基体间的结合力，用作3D打印材料，可提高3D打印产品的质量。

技术领域

本发明属于热喷涂涂层材料和3D打印材料领域，特别是涉及一种涂层喷涂和 3D打印用的金属陶瓷复合合金材料及其制备方法。

背景技术

金属工件的失效方式主要是磨损引起的。尽管采取热处理，变质处理，掺杂等手段能够提高其耐磨性，但对表面硬度的提高十分有限，限制了其潜力的发挥。进而，工件表面的涂层技术应运而生，而金属陶瓷也被当做常用的涂层材料使用。通常金属陶瓷材料的硬度越高，其表面抗变形的能力越强，耐磨性越好，当其作为涂层使用时，越有利于提高工件表面的耐磨性；而其强韧性(强度和韧性)越高，其抗冲击性越好。因此，硬度和强韧性已成为评价金属陶瓷性能的重要指标。而传统的金属陶瓷涂层材料，由于其主要常规尺寸和形状的原料粉末，经过简单混合后直接使用。其优点是成本较低，但缺点是由于粉末尺寸分布范围大，形貌不均匀，将导致喷涂材料与基体的结合性变差，以及在热喷涂过程中的复杂反应，其成分的均匀性也是一大问题。这些问题将导致涂层的性能变差，从而导致工件使用过程中涂层材料开裂，脱落等现象的发生，影响产品的使用。

对于金属陶瓷材料的3D打印而言，其本质上来讲是一种快速成型技术。一些复杂形状的金属陶瓷工件采用传统的粉末冶金技术很难实现一体制备成型，且所采用的传统粉末冶金原料，又较难达到3D打印技术对其原料的要求。在3D打印快速成型过程中，传统粉末冶金的原料很难达到传统粉末冶金产品的高致密性和高力学性能。所以作为3D打印的金属陶瓷原料一般要求均匀的球形粉末，而现在常用的粉末球形化粉末的方法(如气流球形化)成本较高，商业化应用受到较大的限制。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的现状与不足，提供一种基于(Ti,Me)CN- TiCN-M_xC-Co的涂层喷涂和3D打印金属陶瓷材料及其制备方法，以提高涂层的性能和涂层与基体间的结合力，满足3D打印对金属陶瓷原料的要求，提高3D打印产品的质量，降低原料成本。

本发明提供的基于(Ti,Me)CN-TiCN-M_xC-Co的涂层喷涂和3D打印金属陶瓷材料，为球形粉末，组分组成以质量百分比计包括：(Ti,Me)CN-TiCN-M_xC-Co和选自 Ni、Mo和Fe中的至少一种，(Ti,Me)CN和TiCN的混合粉末含量为1～49％，M_xC 的含量为41～70％，Co和选自Ni、Mo和Fe中的至少一种的含量为10～29％；Me 为W、Mo、Ta、V、Cr、Nb和Zr中的至少一种，M_xC为WC、MoC、Mo₂C、 TaC、Cr₃C₂、NbC、VC和ZrC中的至少一种。

在上述金属陶瓷复合合金球形粉末技术方案中，所述(Ti,Me)CN中的Me，其含量优先控制在Ti与Me总质量5～40％的范围；所述(Ti,Me)CN和TiCN混合粉末中的(Ti,Me)CN，其质量含量优先控制在混合粉末总质量5％～95％的范围。

上述金属陶瓷材料的制备方法，包括以下工艺步骤：