[发明专利]一种碳氮化合物晶粒细化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种碳氮化合物晶粒细化剂及其制备方法与应用。所述制备方法包括：提供含铬的金属有机骨架材料，将所述含铬的金属有机骨架材料浸润吸附于含氮化合物前驱体中，之后进行煅烧处理，形成含铬碳氮化合物，获得碳氮化合物晶粒细化剂。再将其与硬质合金均匀混合，之后进行球磨、造粒、压制成型、脱胶、烧结等处理，获得细晶硬质合金。本发明采用碳氮化合物作为硬质合金晶粒细化剂可以充分利用氮化物在金属粘结剂中溶解度低与碳化物的特点，发挥更显著晶粒细化的作用，同时碳氮化合物又能克服单纯氮化物对硬质合金力学性能的负面作用；并且所获晶粒细化剂具有抑制晶粒长大、分布均匀、利用率高等特点，具有广阔的商业前景。

技术领域

本发明涉及一种硬质合金晶粒细化剂材料，特别涉及一种碳氮化合物晶粒细化剂及其制备方法，以及该碳氮化合物晶粒细化剂在细晶硬质合金制备中的应用，属于新材料技术领域。

背景技术

硬质合金被誉为工业牙齿，是由高熔点碳化物为硬质相，金属Co或者Ni为粘结剂的金属陶瓷复合材料，具有超高的硬度和强度、优异的红硬性，被广泛应用于机械、矿山、石油、钻探等行业。随着经济水平和规模的增长，工业领域对硬质合金的需求越来越大，并对其性能提出了更加苛刻的要求，必须兼顾硬度、强度和韧性的匹配，以胜任高精密、高效率的切削加工。根据霍尔-佩奇(Hall-Petch)公式，材料晶粒的细化能够显著提高材料力学性能，也是强韧化最有效的手段。因此如何进一步细化硬质合金晶粒尺寸成为发展高性能细晶硬质合金的研究热点。

基于金属粘结剂与碳化物的溶解性差异，碳化铬、碳化钒、碳化钽、碳化铌、碳化锆等难熔化合物具有一定的晶粒长大抑制作用。金属氮化物与金属粘结剂溶解性更差，更有助于防止晶粒的异常长大，但同时氮化物与金属粘结的界面润湿和结合力也比较弱，大量添加往往影响硬质合金力学性能，因此其作为晶粒细化剂的尝试经常得不偿失。中国发明专利20161021166.3公开了一种超细晶硬质合金晶粒细化及尺寸分布均匀化的方法，通过添加碳化铬、碳化钒能实现对硬质合金晶粒尺寸长大的抑制，从而获得细晶硬质合金。中国发明专利201310129456.3公开了一种具有细化结构的细晶硬质合金，通过在硬质合金原料中直接添加铬、钽、铌、锆等金属粉，通过原位碳化获得相应碳化物，进而实现有效抑制碳化物的异常长大，实现细晶硬质合金的有效制备。中国发明专利201610932621.2公开一种抑制硬质合金晶粒长大的方法及超细晶硬质合金制备工艺，通过添加氧化钒在烧结过程中还原碳化获得碳化钒，从而发挥其细化晶粒的作用。由此可以发现现有技术大部分都以直接添加金属粉、碳化物粉或氧化物粉的方式将晶粒长大抑制剂加入硬质合金组分中，由于自身原料尺度较大难以纳米化，因此存在添加量大及利用率低的难题。实现抑制剂的纳米化及均匀分布，提高利用率和活性，是实现硬质合金细晶化的关键，亟待突破。

基于金属有机骨架材料(MOF)衍生物制备金属化合物可充分利用规则的NOF有序结构，获得具有均匀组分分布和超细纳米晶的优势，在催化、环境、能源和复合材料展现出诱人应用前景。并且MOF材料可以极大便利于材料组分及结构的设计优化，实现多组分掺杂，制备非化学计量比化合物，包括氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、磷化物等。目前采用MOF衍生物的碳氮化物作为晶粒细化剂尚无相关报道，其优越性能有待进一步开发。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种碳氮化合物晶粒细化剂及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

本发明的另一目的在于提供所述碳氮化合物晶粒细化剂在细晶硬质合金制备中的应用。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种碳氮化合物晶粒细化剂的制备方法，其包括：

提供含铬的金属有机骨架材料(Cr-MOF)；

将所述含铬的金属有机骨架材料浸润吸附于含氮化合物前驱体中，之后进行煅烧处理，形成含铬碳氮化合物，获得碳氮化合物晶粒细化剂。