【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及粉末冶金领域，具体的说是一种梯度多层纳米ti(c,n)基金属陶瓷及制备方法。
技术介绍
1、由于wc和co资源稀缺且价格非常昂贵，不易保证硬质合金的持续发展，因此有必要寻找wc-co硬质合金替代材料。全球钛(ti)的储量约是钨储量的1000倍左右，从成本上看，制作ti(c,n)基复合材料收益更大，所以ti(c,n)基复合材料有巨大的市场前景。同时，ti(c,n)基陶瓷具有热硬度高、耐磨性好、摩擦系数低、化学稳定性好等优点，被认为是wc基硬质合金的替代品。
2、ti(c,n)基金属陶瓷是一种具有陶瓷硬相和金属结合剂相的复合材料，既具有金属的塑性韧性，又具有陶瓷的耐磨性使其在切削刀具领域获得了相当多的研究关注，常被用来作为切削刀具使用。但是，由于其断裂强度和韧性较wc基硬质合金低，因此在加工过程中，材料内部容易产生微裂纹从而降低使用寿命，阻碍了其广泛应用。
技术实现思路
1、本专利技术旨在提供一种梯度多层纳米ti(c,n)基金属陶瓷及制备方法，以得到兼具硬度和断裂韧性的ti(c,n)基金属陶瓷。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的具体方案为：一种梯度多层纳米ti(c,n)基金属陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
3、s1:按照质量百分比，将64.9％碳氮化钛、23％碳化钨、8％钴、4％碳化钼和0.1％石墨烯纳米片混合，得粉料ⅰ，将粉料ⅰ和硬质合金球、无水乙醇混合、干燥，得混合粉末ⅰ；将60.9％碳氮化钛、23％碳化钨、8％钴、8％碳化钼
4、s2:将混合粉末ⅰ和混合粉末ⅱ逐层加入模具，得表层为混合粉末ⅱ层、芯层为混合粉末ⅰ层的三层混合粉末，放电等离子烧结，即制得所述的梯度多层纳米ti(c,n)基金属陶瓷。
5、作为上述技术方案的进一步优化：碳氮化钛的粒径为0.5-0.8μm，碳化钨的粒径180-220nm，钴的粒径45-65nm，碳化钼的粒径1-3μm，石墨烯纳米片的片径为5-10μm。
6、作为上述技术方案的进一步优化：三层混合粉末中，单层表层与芯层的质量比大于等于0.4，小于等于0.5。
7、作为上述技术方案的进一步优化：粉料ⅰ和粉料ⅱ分别与硬质合金球、无水乙醇以行星式球磨或滚筒式球磨的方式进行混合。
8、作为上述技术方案的进一步优化：行星式球磨或滚筒式球磨的转速为180-240rpm，混合时间为16-20h。
9、作为上述技术方案的进一步优化：步骤s1中，干燥温度为70-80℃，干燥时间为12-16h。
10、作为上述技术方案的进一步优化：放电等离子烧结在真空条件下进行，使用氮气作为保护气体，烧结温度为1350-1500℃，保温保压时间为8-20min，烧结压力为30-45mpa。
11、作为上述技术方案的进一步优化：放电等离子烧结的升温速率如下：800℃以内，升温速率为50-60℃/min，800℃-1500℃，升温速率为70-80℃/min。
12、作为上述技术方案的进一步优化：真空条件的真空度≤1×10-1pa。
13、一种梯度多层纳米ti(c,n)基金属陶瓷，由上述任一所述的方法制得。
14、与现有技术相比，本专利技术有如下有益效果：
15、本专利技术通过控制表层和芯层不同的碳化钼质量占比，在表层形成硬质相富集区，而在内芯部形成粘结相富集区，硬质相富集可以提高维氏硬度，粘结相富集可以提高断裂韧性，从而得到兼具硬度和断裂韧性的ti(c,n)基金属陶瓷；同时，将金属陶瓷设置为三层结构，可以减弱应力集中现象，层与层之间的界面可以偏转裂纹，阻碍裂纹扩散。
16、本专利技术中添加的石墨烯纳米片不仅可以整体提高梯度多层纳米ti(c,n)基金属陶瓷的强度和韧性，并且可以加强界面之间的链接，有效避免了界面开裂而导致的材料失效。
17、使用氮气作为保护气体，一方面保护粉末不受活性气体影响产生氧化等现象，另一方面恒电压的脉冲电流加载方式和控制不同阶段的升温速率有利于促进表面富集氮元素，从而促进硬质相的形成，提高表面硬度。
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1.一种梯度多层纳米Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种梯度多层纳米Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法，其特征在于：碳氮化钛的粒径为0.5-0.8μm，碳化钨的粒径180-220nm，钴的粒径45-65nm，碳化钼的粒径1-3μm，石墨烯纳米片的片径为5-10μm。
3.如权利要求1所述的一种梯度多层纳米Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法，其特征在于：三层混合粉末中，单层表层与芯层的质量比大于等于0.4，小于等于0.5。
4.如权利要求1所述的一种梯度多层纳米Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法，其特征在于：粉料Ⅰ和粉料Ⅱ分别与硬质合金球、无水乙醇以行星式球磨或滚筒式球磨的方式进行混合。
5.如权利要求4所述的一种梯度多层纳米Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法，其特征在于：行星式球磨或滚筒式球磨的转速为180-240rpm，混合时间为16-20h。
6.如权利要求1所述的一种梯度多层纳米Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤S1中，干燥温度为70-80℃，
7.如权利要求1所述的一种梯度多层纳米Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法，其特征在于：放电等离子烧结在真空条件下进行，使用氮气作为保护气体，烧结温度为1350-1500℃，保温保压时间为8-20min，烧结压力为30-45MPa。
8.如权利要求7所述的一种梯度多层纳米Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法，其特征在于：放电等离子烧结的升温速率如下：800℃以内，升温速率为50-60℃/min，800℃-1500℃，升温速率为70-80℃/min。
9.如权利要求7所述的一种梯度多层纳米Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法，其特征在于：真空条件的真空度≤1×10-1Pa。
10.一种梯度多层纳米Ti(C,N)基金属陶瓷，其特征在于：由权利要求1-9中任一权利要求所述的方法制得。
...【技术特征摘要】
1.一种梯度多层纳米ti(c,n)基金属陶瓷的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种梯度多层纳米ti(c,n)基金属陶瓷的制备方法，其特征在于：碳氮化钛的粒径为0.5-0.8μm，碳化钨的粒径180-220nm，钴的粒径45-65nm，碳化钼的粒径1-3μm，石墨烯纳米片的片径为5-10μm。
3.如权利要求1所述的一种梯度多层纳米ti(c,n)基金属陶瓷的制备方法，其特征在于：三层混合粉末中，单层表层与芯层的质量比大于等于0.4，小于等于0.5。
4.如权利要求1所述的一种梯度多层纳米ti(c,n)基金属陶瓷的制备方法，其特征在于：粉料ⅰ和粉料ⅱ分别与硬质合金球、无水乙醇以行星式球磨或滚筒式球磨的方式进行混合。
5.如权利要求4所述的一种梯度多层纳米ti(c,n)基金属陶瓷的制备方法，其特征在于：行星式球磨或滚筒式球磨的转速为180-240rpm，混合时间为16-20h。
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵志伟，乔木，张世杰，梁笑微，白柳扬，关春龙，卢新坡，郑红娟，
申请(专利权)人：河南工业大学，
类型：发明
国别省市：
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