一种Ti（C,N）基硬质合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种Ti(C，N)基硬质合金材料及其制备方法，属于硬质合金材料的技术领域。本发明专利技术的Ti(C，N)基硬质合金材料以TiC粉、TiN

A Ti (C, n) - based cemented carbide material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种Ti(C，N)基硬质合金材料及其制备方法
本专利技术涉及硬质合金材料的
，更具体地说，本专利技术涉及一种Ti(C，N)基硬质合金材料及其制备方法。
技术介绍
随着Ti(C，N)基硬质合金在相关产业应用的不断发展，对其性能的要求越来越高，故开发出同时具有高硬度和高韧性的新型Ti(C，N)基硬质合金显得非常重要。Ti(C，N)基硬质合金的显微组织是由碳氮化合物(Ti(C，N))硬质相和金属粘结相(Ti、Co、Mo等)组成。粘结相的作用是增强Ti(C，N)基硬质合金的强度与韧性。然而Co、Ti等粘结剂在高温环境下易软化而导致Ti(C，N)基硬质合金性能变差。与WC-Co硬质合金相比，Co、Ti等粘结的Ti(C，N)基硬质合金的强度和断裂韧性较低[ParkC，NamS，KangS.EnhancedtoughnessoftitaTiumcarboTitride-basedcermetsbyadditionof(Ti，W)Ccarbides[J].MaterialsScience&EngineeringA，2016，649：400-406.]。并且Ti(C，N)基硬质合金所用的TiN硬度大(1950HV)、脆性大、韧性差，又由于其熔点高(2950℃)导致TiN非常难以烧结。因此，限制了Ti(C，N)基硬质合金的应用和发展[RussiasJ，CardinalS，FontaineJ，etal.BulktitaTiumTitridematerialobtainedfromSHSstartingpowder：Densification，mechaTicalcharacterizationandtribologicalapproach[J].InternationalJournalofRefractoryMetals&HardMaterials，2005，23(4-6)：344-349.]。近年来，高熵合金(HEA)由于性能优异而被人们广泛研究。多种主元组成的HEA因具有高熵效应、晶格畸变效应、迟缓扩散效应和鸡尾酒效应等一系列特性，使其具有优异的物理、化学及力学性能，如高强度、高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性、高的低温韧性等，因此可以解决硬质合金硬度高而韧性不足，或者即使满足了高硬度与高韧性的问题，又不能实现高温下的抗氧化或耐腐蚀等问题[YehMTJ.High-entropyalloys：acriticalreview[J].MaterialsResearchLetters，2：3，107-123，2014.]。Obra等通过机械诱导自维持反应制备了Ti0.8Ta0.1Nb0.1C0.5N0.5-CoCrFeTiV-C固溶体金属陶瓷，采用水平管式炉在1575℃烧结60min后其硬度和断裂韧性分别为10.48GPa和6.8MPa·m1/2[ObraAGDL，AvilésMA，TorresY，etal.Anewfamilyofcermets：Chemicallycomplexbutmicrostructurallysimple[J].InternationalJournalofRefractoryMetals&HardMaterials，2016，63：17-25.]。此外，现有技术中已经研究了以AlCoCrNiFeTi、CoCrTiAlFeMn等高熵合金为金属粘结性，以Ti(C，N)为硬质相的硬质合金材料，上述材料具有高强度和高硬度，然而高温使用性能与传统的WC-Co基硬质合金相比仍较差。
技术实现思路
为了提高Ti(C，N)基硬质合金材料的高温使用性能，本专利技术的目的在于提供一种Ti(C，N)基硬质合金材料及其制备方法。本专利技术的Ti(C，N)基硬质合金的制备方法，其特征在于：以TiC粉、TiN0.3粉和CoCrTiAlSi高熵合金粉为原料，首先压制形成压坯，然后在真空条件下采用热压烧结工艺制备得到。其中，所述TiC、TiN0.3和CoCrTiAlSi的质量比为26.60～25.20∶68.40～64.80∶5.00～10.00。其中，热压烧结工艺中烧结压力为5～30MPa，烧结温度为1350～1500℃，保温时间为10～30min。其中，所述TiN0.3粉体以Ti粉和尿素(CH4N2O)为原料在氩气保护气氛下通过球磨制备得到。其中，所述CoCrTiAlSi高熵合金粉中Co∶Cr∶Ti∶Al∶Si的摩尔比为0.8～1.2∶0.8～1.2∶1.8～2.0∶0.8～1.2∶0.8～1.2。其中，所述CoCrTiAlSi高熵合金粉采用气雾化工艺制备得到。其中，所述CoCrTiAlSi高熵合金粉中以总量计含有0.21～1.56wt％的氮。其中，所述CoCrTiAlSi高熵合金粉的粒径小于74μm。其中，热压烧结工艺中真空度为1～40Pa，升温速度为1.0～15℃/min。本专利技术的第二方面还涉及由上述方法制备得到的Ti(C，N)基硬质合金。与现有技术相比，本专利技术的Ti(C，N)基硬质合金材料及其制备方法具有以下有益效果：采用本专利技术的制备方法得到的Ti(C，N)基硬质合金材料具有较高的强度、硬度和韧性，尤其是中高温耐磨性能良好，适合作为硬质合金刀具材料。具体实施方式以下将结合具体实施例对本专利技术的Ti(C，N)基硬质合金材料及其制备方法做进一步的阐述，以帮助本领域的技术人员对本专利技术的技术方案有更完整、准确和深入的理解。本专利技术以CoCrTiAlSi作为Ti(C，N)基硬质合金的粘结剂，以TiC和非化学计量比TiN0.3为硬质相，采用热压烧结的方法制备了新型Ti(C，N)基硬质合金，采用上述原料不仅烧结温度较低，烧结时间较短(升温速度较高)，而且具有良好的综合机械性能，具有优异的中高温耐磨性。本专利技术的Ti(C，N)基硬质合金材料的配比如表1所示。表1制备新型Ti(C，N)基硬质合金的原料及其配比(wt.％)在以下实施例中：(1)制备TiN0.3粉体采用的原料为Ti粉(纯度＞99.36％，粒度＜30μm)和CH4N2O(分析纯)。Ti粉和CH4N2O以6∶1的摩尔比混料。在充满氩气的手套箱中，将Ti粉和CH4N2O放入WC硬质合金球磨罐(150ml)中。球、料质量比为20∶1。使用直径分别为8mm、5mm和2mm三种大、中、小WC硬质合金球，大、中、小WC硬质合金球的质量比为3∶1∶1。在行星式球磨机(QM-3SP4型，中国)上球磨60h，每2h停机30min散热，转速设定为450r/min。(2)实施例1-6中采用气雾化工艺制备CoCrTiAlSi高熵合金粉，Co∶Cr∶Ti∶Al∶Si按照1.0∶1.0∶2.0∶1.0∶1.0的摩尔比准备金属原料粉末，在熔炼炉中采用感应线圈加热，采用真空熔炼(真空度为1.0×10-2Pa)控制熔炼的熔液温度为1800±20℃，时间为30min，然后通过熔液出口形成直径为3mm的金属液流，通过气雾化喷嘴喷出由氮气和氩气的混合气流冲击所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Ti(C，N)基硬质合金的制备方法，其特征在于：以TiC粉、TiN

【技术特征摘要】
1.一种Ti(C，N)基硬质合金的制备方法，其特征在于：以TiC粉、TiN0.3粉和CoCrTiAlSi高熵合金粉为原料，首先压制形成压坯，然后在真空条件下采用热压烧结工艺制备得到。


2.根据权利要求1所述的Ti(C，N)基硬质合金的制备方法，其特征在于：所述TiC、TiN0.3和CoCrTiAlSi的质量比为26.60～25.20∶68.40～64.80∶5.00～10.00。


3.根据权利要求1所述的Ti(C，N)基硬质合金的制备方法，其特征在于：热压烧结工艺中烧结压力为5～30MPa，烧结温度为1350～1500℃，保温时间为10～30min。


4.根据权利要求1所述的Ti(C，N)基硬质合金的制备方法，其特征在于：所述TiN0.3粉体以Ti粉和尿素为原料在氩气保护气氛下通过球磨制备得到。


5.根据权利要求1所述的Ti(C，N)基硬质合金的制备方法，其特征在于：所述CoCrTiAlSi...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱瑜铭，邹芹，
申请(专利权)人：江苏锋泰工具有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32