具有高熵合金粘结相的TiC基金属陶瓷的制备方法技术

本发明专利技术涉及粉末冶金和多主元髙熵合金材料领域，特别涉及制备具有髙熵合金粘结相的金属陶瓷复合材料的方法。本发明专利技术制备的具有高熵合金粘结相的TiC基金属陶瓷材料，其特征在于粘结相为高熵合金NiCoCrMoWTi，各组元的摩尔分数为Ni：30.0~35.0%，Co：10.0~35.0%，Cr：5.0~20.0%，Mo：5.0~20.0%，W：5.0~15.0%，Ti：5.0~35.0%，各组元的摩尔分数之和为100%。本发明专利技术所制备的具有高熵合金粘结相的TiC基金属陶瓷具有更高的强度、硬度、耐磨性和抗氧化性能，制备工艺过程中有TiC陶瓷相的原位析出，从而细化烧结体的晶粒度，烧结体的粘结相和硬质相之间的界面具有共格关系。的界面具有共格关系。的界面具有共格关系。

【技术实现步骤摘要】
具有高熵合金粘结相的TiC基金属陶瓷的制备方法


[0001]本专利技术涉及机械加工和粉末冶金领域，具体涉及一种高熵合金粘结相的TiC基金属陶瓷的制备方法。

技术介绍

[0002]高熵合金作为一种新型多主元合金材料，具有简单的体心或面心固溶体结构。高熵合金具有普通合金所不具备的高熵值，因而高熵合金具有普通合金所不具备的优异力学性能，包括高硬度、高强度、良好的延展性、优异的耐磨性能和耐腐蚀性等。
[0003]TiC基金属陶瓷材料由硬质相和粘结相两相组成。粘结相通常为Ni或者Co基固溶体合金，为金属陶瓷材料的塑韧性组织结构单元。传统的金属陶瓷烧结体的制备方法是将陶瓷粉和金属单质粉按比例混合后进行球磨；陶瓷粉末硬度高，因而在混料球磨过程中吸收了很大一部分磨球的撞击能量并进一步细化；金属粉末在球磨过程中的加工硬化程度并不高。金属陶瓷烧结体中的粘结相是在固相和液相烧结阶段由于溶质元素在粘接相金属溶剂中溶解、扩散而形成金属固溶体。溶质元素在溶剂中的溶解、析出及扩散会产生一些中间过程化学反应，中间过程化学反应的控制及其对最终组织的影响通常只能理论推断，因此对于粉末冶金产品最终烧结性能和力学性能的控制变得较为复杂。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供用于具有高熵合金粘结相的TiC基金属陶瓷的制备方法。
[0005]本专利技术的方案：一种具有高熵合金粘结相的TiC基金属陶瓷材料，所述材料包括硬质相和粘结相，粘结相为高熵合金，粘结相组元为Ni
‑
Co
‑<br/>Cr
‑
Mo
‑
W
‑
Ti；硬质相的化学式为(Ti， M)C和(Ti， M)(C，N)，其中M选自W、Mo、Cr中的一种或多种的组合。
[0006]优选地，粘结相各组元的摩尔分数为Ni：30.0~35.0%，Co：10.0~35.0%，Cr：5.0~20.0%，Mo：5.0~20.0%，W：5.0 ~15.0%， Ti：5.0~35.0%；各组元的摩尔分数之和为100%。
[0007]优选地，硬质相的原料包括：TiC、Ti(C， N)、(Ti， W)C、Mo2C粉、Cr3C2粉中的一种或者多种组合。
[0008]优选地，所述金属陶瓷材料的原料成分以质量百分比计，包括粘结相粉末20~36wt.%，陶瓷粉末64~80wt.%。
[0009]制备所述TiC基金属陶瓷材料的方法，所述方法为：采用高能球磨法制备高储能粘结相合金混合粉末，然后与陶瓷粉末混合制备金属陶瓷混合料。
[0010]优选地，包括以下步骤：1）将Co、Cr、Ni、Mo、W、Ti粉按照摩尔比配料球磨得到高储能合金混合料；2）将1）所得的合金混合料和陶瓷粉配料、球磨进一步得到金属陶瓷混合料；3）金属陶瓷混合料进行压制得到压坯；
4）压坯在真空烧结炉内烧制成形；5） 烧结后的冷却；完成TiC基金属陶瓷材料的制备。
[0011]优选地，所述步骤1）粘接相合金混合料中再添加摩尔分数为2.8~8.6%的碳粉，在烧结过程中脱氧和原位析出TiC及其复合碳化物。
[0012]优选地，所述步骤1）采用行星式球磨工艺，球料比为(8~12)：1，采用无水乙醇作为分散介质，醇料比为（30~35）：100（L/kg），转速225~300r/min，球磨时间为60~72小时。
[0013]优选地，所述步骤1）中所得混合料形貌为高加工硬化特征的片状高能量合金混合粉末。所得混合料形貌为高加工硬化特征（所得混合粉末的XRD衍射峰半峰宽明显宽化，具体在实施例1中说明）的片状活性合金混合粉末。
[0014]优选地，所述步骤2）采用湿法球磨，球料比为（5~7）：1，采用无水乙醇作为分散介质，醇料比为（60~70）：100，转速211~225r/min，球磨时间为24~36小时。粘结相粉末在球磨过程中发生强烈的塑性变形和加工硬化，球磨能量输入使得混合粉储能增加，球磨过程中既有部分固溶体的形成。
[0015]优选地，所述步骤4）采用真空液相烧结工艺，烧结温度为1370~1400
°
C，烧结过程真空度为10
‑1~10
‑3Pa。
[0016]本专利技术首先采用行星球磨法制备高能量粘接相合金粉末，高能量的塑性金属混合粉末在金属陶瓷材料的混料过程中进一步提高储能和熵值，以制备具有高熵合金粘接相的TiC基金属陶瓷，此制备方法可极大促进金属陶瓷材料的烧结特性、降低烧结温度，有利于节能和降低烧结设备的损耗。同时，烧结过程中原位形成细颗粒复合碳化物颗粒，可降低材料的晶粒度。且由于粘接相合金中溶质元素含量高，可以抑制硬质相在粘接相中的溶解、促进复合碳化物硬质相的形成，使得金属陶瓷两相体积分数和力学性能的设计过程更加准确，烧结过程亦更加可控。而由此工艺方法所制备的烧结体具有更高的力学性能组合。
[0017]粘结相合金中每种元素混合摩尔比为5%~35%之间。此制备方法较好的提高了烧结体的烧结性能和最终的力学性能。所得烧结体组织为典型的金属陶瓷组织，无气孔等缺陷，如图1所示，硬质相颗粒具有典型的芯壳结构，硬质相包含两种类型：“白芯
‑
灰壳”和“黑芯
‑
白壳”硬质相。制备过程质量稳定。
[0018]本专利技术有益效果：1、本专利技术通过行星式球磨法制备高熵合金粘结相混合料粉末，粘结相合金混合料粉末具有较高的储能和加工硬化特征，进而极大提高了金属陶瓷烧结体的烧结性能、降低烧结温度，是一种更节能的制备工艺。
[0019]2、本专利技术所制备的金属陶瓷粉末在烧结过程中可原位形成大量细小的“白芯
‑
灰壳”硬质相颗粒，促进烧结体硬质相颗粒的细化。
[0020]3、本专利技术制备的具有高熵合金粘结相的金属陶瓷材料具有更高的硬度、抗弯强度和断裂韧性的力学性能组合。
附图说明
[0021]图1为实施例1的金属陶瓷烧结体SEM组织；图2为实施例1的高加工硬化状态粘结相粉末的SEM形貌；
图3为实施例1的粘结相混合料粉末的XRD图谱；图4 为实施例1的金属陶瓷烧结体的XRD图谱；图5 为实施例1的金属陶瓷烧结体的EBSD取向图，以及硬质相和粘结相的反极图。
具体实施方式
[0022]下面结合实施例来进一步说明本专利技术，但本专利技术要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
[0023]实施例1一种具有高熵合金粘结相的TiC基金属陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：1）是高储能合金混合料的制备：采用Ni粉、Co粉、Cr粉、Mo粉、Ti粉、W粉、碳粉等原始料，配置材料摩尔分数为Ni：30%，Co：30%，Cr：10%，Mo：10%，W：5%，Ti：15%的混合料，混合料中额外添加摩尔分数3.8%的碳粉,以去除混合料中的氧和促进烧结过程中钛的碳化物及其复合碳化物的原位析出；采用无水乙醇作为分散介质，无水乙醇的用量为醇料比采用30：100的比例，YG8硬质合金球为磨球，球料比10：1；在行星本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有高熵合金粘结相的TiC基金属陶瓷材料，其特征在于：所述材料包括硬质相和粘结相，粘结相为高熵合金，粘结相组元为Ni
‑
Co
‑
Cr
‑
Mo
‑
W
‑
Ti；硬质相的化学式为(Ti， M)C和(Ti， M)(C，N)，其中M选自W、Mo、Cr中的一种或多种的组合。2.根据权利要求1所述的具有高熵合金粘结相的TiC基金属陶瓷材料，其特征在于：粘结相各组元的摩尔分数为Ni：30.0~35.0%，Co：10.0~35.0%，Cr：5.0~20.0%，Mo：5.0~20.0%，W：5.0 ~15.0%， Ti：5.0~35.0%；各组元的摩尔分数之和为100%。3.根据权利要求1所述的具有高熵合金粘结相的TiC基金属陶瓷材料，其特征在于，硬质相的原料包括：TiC、Ti(C， N)、(Ti， W)C、Mo2C粉、Cr3C2粉中的一种或者多种组合。4.根据权利要求1所述的具有高熵合金粘结相的TiC基金属陶瓷材料，其特征在于，所述金属陶瓷材料的原料成分以质量百分比计，包括粘结相粉末20~36wt.%，陶瓷粉末64~80wt.%。5.制备权利要求1
‑
4任意一项所述TiC基金属陶瓷材料的方法，其特征在于，所述方法为：采用高能球磨法制备高储能粘结相合金混合粉末...

【专利技术属性】
技术研发人员：石增敏，王杨洋，张大勇，杨蔚华，方子帆，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：