[发明专利]一种高强高韧多层梯度结构Ti(C,N)基金属陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明提供了高强高韧多层梯度结构Ti(C,N)基金属陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：S1.制备三层黑芯‑白环‑灰环结构的Ti(C,N)基金属陶瓷材料，然后进行机械破碎，筛分出粒径范围为110‑1000目的Ti(C,N)基金属陶瓷粉末，然后超声处理得到尺寸均匀的Ti(C,N)基金属陶瓷复合粉末；S2.将步骤S1得到的粉末在管式炉氢气保护下加热，得到氧含量符合分析纯粉末标准的粉末；S3.将步骤S2得到的Ti(C,N)基金属陶瓷复合粉末、碳化物和金属相粉末按重量份称取并混合均匀，得到混合粉末；S4.将步骤S3得到的混合粉末分别进行压制成形或气氛压力烧结，得到高强高韧多层梯度结构Ti(C,N)基金属陶瓷材料。本发明为制备高性能梯度结构Ti(C,N)基金属陶瓷材料提供性能稳定，工艺可控，可实现工业化的新技术及新思路。

技术领域

本发明涉及多层梯度结构Ti(C,N)基金属陶瓷材料，特别涉及高强高韧多层梯度结构Ti(C,N)基金属陶瓷材料及制备方法，为制备高性能梯度结构Ti(C,N)基金属陶瓷材料提供一种性能稳定，工艺可控，可实现工业化的新技术及新思路。

背景技术

TiC-Ni金属陶瓷问世于1929年，最初作为WC-Co系合金的代用材料，用于切削加工。提高Ti(C,N)基金属陶瓷的强韧性，对挖掘该材料应用潜力具有重要意义。Ti(C,N)基金属陶瓷拥有很多优异的性能，如较高的红硬性、耐摩擦磨损性和物质的化学稳定性，这都是因其具有比较特殊的显微组织结构。所以此类材料可以应用于发动机高温叶片、石油石化开采作业和车床机器切削加工等方面。虽然相比于其他材料，新型Ti(C,N)基金属陶瓷拥有较高的硬度、较低的密度与优异的耐摩擦磨损性能和切削特性等优点，但是这类材料的强度与韧性却仍然较低，极易发生崩刃现象，导热率也低于硬质合金刀具材料。另一方面，从资源成本方面来看，硬质合金材料需要大量的W元素，W资源不仅价格昂贵，而且地球总储量逐渐减小；金属陶瓷所需的Ti元素却有着很大的储存量，而且市场购买更加便宜，因此制造这类材料的成本会降低很多，硬质合金材料的价格反而变得十分昂贵。随着金属陶瓷的不断完善与发展，此类材料也逐渐广泛地被应用于加工不锈钢金属、超硬材料、钛合金、铝合金等难加工素材，其硬度高、耐磨损，而且高温下基体化学性质稳定，不易发生高温氧化和与切削素材发生化学反应，可用于高速干式切削，有效的避免了切削刀具的快速磨损与失效，提高了使用寿命和切削加工质量。

采用新型的材料结构设计(双结构、梯度功能等)是近年来金属陶瓷的主要研究方向之一。前期大量的理论计算结果表明陶瓷材料外部结构设计的韧化方法主要有：相变增韧、纤维增韧、金属分布、晶须及颗粒增韧等。Ti(C,N)基金属陶瓷材料主要应用在切削加工领域，然而由于较低的韧性极大的限制了Ti(C,N)基金属陶瓷应用。设计不同结构的Ti(C,N)基金属陶瓷，提高精加工的效率；拓展应用范围由半精加工、精加工进一步到粗加工领域；延伸使用范围由切削刀具材料进一步为油井钻头关键部件和轧辊材料，在工程中具有重要意义。

发明内容

要解决的技术问题：本发明的目的是提供一类梯度结构Ti(C,N)基金属陶瓷材料制备的方法，提供一种性能稳定，工艺可控，可实现工业化的新技术及新思路。

技术方案：一种高强高韧多层梯度结构Ti(C,N)基金属陶瓷材料，包括以下原料：三层黑芯-白环-灰环结构的Ti(C,N)基金属陶瓷复合粉末、WC、Mo和Co。

一种高强高韧多层梯度结构Ti(C,N)基金属陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.采用气氛压力烧结法制备三层黑芯-白环-灰环结构的Ti(C,N)基金属陶瓷材料，然后进行机械破碎，筛分出粒径范围为110-1000目的Ti(C,N)基金属陶瓷粉末，将筛分的粉末以酒精为介质进行超声处理得到尺寸均匀的Ti(C,N)基金属陶瓷复合粉末；

S2.将步骤S1得到的粉末在管式炉氢气保护下加热，得到氧含量符合分析纯粉末标准的粉末；

S3.将步骤S2得到的Ti(C,N)基金属陶瓷复合粉末、碳化物和金属相粉末按重量份称取并混合均匀，得到混合粉末；