CN102787266A - 基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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CN102787266A CN2012103210981A CN201210321098A CN102787266A CN 102787266 A CN102787266 A CN 102787266A CN 2012103210981 A CN2012103210981 A CN 2012103210981A CN 201210321098 A CN201210321098 A CN 201210321098A CN 102787266 A CN102787266 A CN 102787266A
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刘颖
叶金文
张豪
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Abstract

一种基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料，所述碳氮化钛基金属陶瓷材料的粘结相为高熵合金，硬质相为碳氮化物固溶体，其中高熵合金粘结相为铁、钴、镍、铬、铝、钒、钛、铜、锆、钼、锰和稀土元素中的至少四种，且每种元素的含量摩尔比在5%至35%之间。上述基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷制备方法中原料组分及各组分重量百分数为高熵合金粘结相3～30％，第二类碳化物粉末0～30％，余量为碳氮化物固溶体粉末，所述碳氮化物固溶体粉末为Ti(Cx,N1-x)，(Ti,M1…)(Cx,N1-x)中至少一种，其中(Ti,M1…)(Cx,N1-x)中M1组元为W、Mo、Ta、Nb、V、Cr、Zr、Hf、Y和镧系元素中的至少一种，所述的Ti(Cx,N1-x)和(Ti,M1…)(Cx,N1-x)中，0﹤x﹤1，其工艺步骤：（1）球磨混料，（2）成型，（3）低压烧结。

Description

基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明属于碳氮化钛基金属陶瓷材料领域，涉及一种基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
碳氮化钛基金属陶瓷，因其具有密度低（为WC的1/3），硬度高,耐磨性和耐热性好，以及良好的化学稳定性，较高的抗粘结、抗扩散、抗氧化性能等特点，已广泛地应用于现代制造业制备切削工具、各种耐磨制品，可解决钨资源枯竭问题，是WC系列硬质合金最成功的替代品，尤其是非常适合高速切削和精加工领域，应用前景十分广阔。然而，强韧性不足是Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料实际工程应用中面临的关键难题，也是目前研究重点。
近年来，人们通过添加诸如WC、Mo2C等第二类碳化物来改善Ti(C,N)基金属陶瓷中硬质相与粘结相之间的润湿性，在一定程度上提高了其强度；中国专利200510090485.9 和201210011200.8先后从改善Ti(C, N)基金属陶瓷的硬质相微观结构的角度出发，分别提出了采用与传统Ti(C, N)基金属陶瓷环形相结构相似的(Ti, W, Mo…)(C, N)- Co/ Ni的固溶体粉和(Ti, W, Mo…)(C, N）固溶体粉为原料，并分别制备了无芯环结构和弱芯环结构的Ti(C, N)基金属陶瓷，使其强韧性有了进一步提高。然而，现有的研究以改进硬质相微观结构，提高硬质相性能为主，而根据已有的研究报道来看，硬质合金和金属陶瓷的强韧性70%以上来源于材料中粘结相，因此，改善和提高粘结相的强韧性对Ti(C,N)基金属陶瓷性能的提高尤为重要。
现有的Ti(C,N)基金属陶瓷材料中，粘结相以钴或和镍为主，或添加极其微量的稀土、Mo等元素，这些未能改变单一主元素的局限性。多主元高熵合金突破了以1种或2种金属元素为主的传统合金的发展框架，是一种由4种以上元素组成，每种元素的含量摩尔比在5%至35%之间的新型合金。多主元的混合产生高熵效应，使得高熵合金具有高硬度和良好的韧性以及良好的耐腐蚀性和耐磨性等性能。
为了进一步实现碳氮化物基金属陶瓷的高强韧性，本发明提出在碳氮化物基金属陶瓷中采用高熵合金作为粘结相，利用高熵合金的高硬度和良好的韧性以及良好的耐腐蚀性和耐磨性等性能来改善碳氮化物基金属陶瓷材料的强韧性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具高强韧性的采用高熵合金作为粘结相性的碳氮化钛基金属陶瓷材料及其制备方法。
本发明所述一种基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料，其特征在于所述的碳氮化钛基金属陶瓷材料的粘结相为高熵合金，硬质相为碳氮化物固溶体。
进一步，所述碳氮化钛基金属陶瓷材料中高熵合金粘结相由铁、钴、镍、铬、铝、钒、钛、铜、锆、钼、锰和稀土元素中的至少四种组成，且每种元素的含量摩尔比在5%至35%之间。
进一步，所述的碳氮化钛基金属陶瓷材料中碳氮化物固溶体硬质相为Ti (Cx,N1-x)，(Ti,M1…)(Cx,N1-x)中至少一种，其中(Ti,M1…) (Cx,N1-x)中M1组元为W、Mo、Ta、Nb、V、Cr、Zr、Hf、Y和镧系元素中的至少一种，所述的Ti (Cx,N1-x) 和(Ti,M1…) (Cx,N1-x)中，0﹤x﹤1。
本发明所述基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料制备方法中，所述基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料的原料组分及各组分的重量百分数为：
高熵合金粘结相粉末                  3～30％；
第二类碳化物粉末                     0～30％；
碳氮化物固溶体粉末                   余量。
所述基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料的制备方法工艺步骤如下：
（1）球磨混料
将高熵合金粘结相粉末，第二类碳化物粉末，碳氮化物粉末，按照上述基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料中相应配比秤量，然后装入球磨罐中，按照4:1~8:1的球料比装入磨球，并倒入以满足要求为限的酒精，球磨24-72小时，干燥后按照比例加入成型剂，过筛，制粒。
（2）成型
将步骤（1）混合好的原料，称取一定重量装入模腔，压制成型。
（3）低压烧结
将步骤（2）制备的样品装入低压烧结炉中，抽真空至1×10-1Pa，在600℃脱胶，然后升温（升温速度3-5℃/min）至1100℃-1300℃固相烧结1-2小时，再升温到1400℃-1480℃（升温速度1-3℃/min）保温0.5-1.5小时后，在该温度下通入氩气至0.5-6MPa，保温0.5-1小时，最后随炉冷却至室温，即获得基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料。
所述高熵合金粘结相原料为铁、钴、镍、铬、铝、钒、钛、铜、锆、钼、锰和稀土元素的金属单质粉末或/和它们的合金粉末，并且原料中含有上述元素中的至少四种，每种元素的含量摩尔比在5%至35%之间。
进一步所述第二类碳化物粉末为WC、VxC（0﹤x≦1）、Mo2C、Cr3C2、TaC、NbC中至少一种。
进一步所述的碳氮化物固溶体粉末为Ti (Cx,N1-x)、(Ti,M1…) (Cx,N1-x)粉末中至少一种，其中(Ti,M1…)(Cx,N1-x)中M1组元为W、Mo、Ta、Nb、V、Cr、Zr、Hf、Y和镧系元素中的至少一种，所述的Ti (Cx,N1-x) 和(Ti,M1…) (Cx,N1-x)中，0﹤x﹤1。
 
本发明具有以下有益效果：
1、由于本发明所述基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料，采用高熵合金作为粘结相，利用熵合金因多主元混合产生高熵效应而具有的高硬度和良好的韧性以及良好的耐腐蚀、耐磨和耐热等性能，来强韧化碳氮化钛基金属陶瓷材料，提高碳氮化钛基金属陶瓷材料的耐腐蚀、耐磨和耐热等性能，同时克服了传统碳氮化钛基金属陶瓷材料粘结相单一主元的缺陷，有效的改善了碳氮化钛基金属陶瓷材料的综合机械性能。
2、基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料中，高熵合金粘结相的引入了铁、钴、镍、铬、铝、钒、钛、铜、锆、钼、猛和稀土元素中至少四中元素，它们之间的系统作用不仅可以有效强韧化粘结相，而且还可改善粘结相和硬质相之间的界面润湿性，细化硬质相的晶粒等多重效果的综合作用，可进一步使得制备的基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料的强度、硬度和韧性均得以大幅提升，有效实现了硬度和强韧性的匹配。
3、采用铁、铬、铝等替换传统碳氮化钛基金属陶瓷材料粘结相中的战略元素钴，能大幅降低氮化钛基金属陶瓷材料成本。
4、本发明所述方法工艺简单，原料易于获取，因而便于工业化生产。
附图说明
图1是实施例2所得基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷的原料混合物和烧结后的含高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷X射线衍射图
具体实施方式
下面通过优选后的实施例以及附图对本发明所述一种高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料及其制备方法作进一步说明。
实施例1
本实施例所用原料及工艺步骤如下：
分别称取97gTi(C0.5, N0.5)粉和3g高熵合金粘结相原料粉末，其中高熵合金粘结相原料粉末组分和配比为铁、钴、镍、钐金属单质粉末，按照铁、钴、镍、钐元素摩尔比1：1：1：1配制。然后将上述粉末一起装入球磨罐中，按照8:1的球料比装入磨球，并倒入100ml酒精，球磨24小时，得到混合粉末，将其干燥后按照1wt%的比例加入橡胶成型剂，过筛，制粒。再将混合好的原料，称取一定重量装入模腔，压制成型。然后将制备的样品装入低压烧结炉中进行烧结，其烧结制度为：抽真空至1×10-1Pa，在450℃脱胶，然后升温（升温速度5℃/min）至1250℃固相烧结1小时，再升温到1480℃（升温速度3℃/min）保温1小时后，在该温度下通入氩气至3MPa，保温1小时，最后随炉冷却至室温，即获得了抗弯强度为1450MPa，维氏硬度1950,断裂韧性7.5 MPa.m1/2的Ti(C0.5, N0.5) -3%（Fe、Co、Ni、Sm）的含高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料。
实施例2
本实施例所用原料及工艺步骤如下：
分别称取66gTi(C0.7, N0.3)粉、10gWC粉、5gTaC粉、4gMo2C粉、15g高熵合金粘结相原料粉末，其中高熵合金粘结相原料为镍铝合金粉、铁铬合金粉末、钴粉，并按照铁、钴、镍、铬、铝元素摩尔比1：1：1：1：1配制。然后将上述粉末一起装入球磨罐中，按照8:1的球料比装入磨球，并倒入150ml丙酮，球磨24小时，得到混合粉末，将其干燥后按照1wt%的比例加入橡胶成型剂，过筛，制粒。再将混合好的原料，称取一定重量装入模腔，压制成型。然后将制备的样品装入低压烧结炉中进行烧结，其烧结制度为：抽真空至1×10-1Pa，在450℃脱胶，然后升温（升温速度5℃/min）至1250℃固相烧结1小时，再升温到1480℃（升温速度3℃/min）保温1小时后，在该温度下通入氩气至3MPa，保温1小时，最后随炉冷却至室温，即获得了抗弯强度为2105MPa，维氏硬度1500,断裂韧性11MPa.m1/2的Ti(C0.7, N0.3)-15%WC-2%TaC-2%NbC-15%（Fe、Co、Ni、Cr、Al）的含高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料。
实施例3
本实施例所用原料及工艺步骤如下：
分别称取59g Ti(C0.3, N0.7)粉、30g（Ti, 15W, 5Mo，0.2V）(C0.5, N0.5) 固溶体粉、2gWC粉、0.2gVC粉、0.8gCr3C2粉和8g高熵合金粘结相原料粉末，其中高熵合金粘结相原料为铁、钴、镍、铬、镝、铕的金属单质粉末，按照铁、钴、镍、铬、镝、铕元素摩尔比1：1：1：1：0.5：0.5配制。然后一起装入球磨罐中，按照8:1的球料比装入磨球，并倒入150ml酒精，球磨24小时，得到混合粉末，将其干燥后按照1wt%的比例加入橡胶成型剂，过筛，制粒。再将混合好的原料，称取一定重量装入模腔，压制成型。然后将制备的样品装入低压烧结炉中进行烧结，其烧结制度为：抽真空至1×10-1Pa，在450℃脱胶，然后升温（升温速度5℃/min）至1250℃固相烧结1小时，再升温到1480℃（升温速度3℃/min）保温1小时后，在该温度下通入氩气至3MPa，保温1小时，最后随炉冷却至室温，即获得了抗弯强度为1750MPa，维氏硬度1620,断裂韧性9.8 MPa.m1/2的58%Ti(C0.7,N0.3)-30%（Ti,15W,5Mo,0.2V）(C0.5, N0.5)-2%WC-0.2%VC-0.8% Cr3C2-8%（Fe、Co、Ni、Cr、Dy、Eu）的基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料。
 
实施例4
本实施例所用原料及工艺步骤如下：
分别称取78g（Ti,10W,10Hf,15Ta,0.2Zr）(C0.6, N0.4) 固溶体粉、10gWC粉、3g Mo2C粉和9g高熵合金粘结相原料粉末，其中高熵合金粘结相原料为稀土钴合金粉末（稀土为钕和镱）、镍粉、铜粉和钼粉，按照钴、镍、钕、镱、铜、钼元素摩尔比1：1：0.5：0.5：1：1配制。然后将上述粉末一起装入球磨罐中，按照5:1的球料比装入磨球，并倒入适量酒精，球磨72小时，得到混合粉末。将其干燥后按照2wt%的比例加入SD胶成型剂，过筛，制粒。再将混合好的原料，称取一定重量装入模腔，压制成型。然后将制备的样品装入低压烧结炉中进行烧结，其烧结制度为：抽真空至1×10-1Pa，在250℃脱胶，然后升温（升温速度5℃/min）至1200℃固相烧结1.5小时，再升温到1480℃（升温速度3℃/min）保温1.5小时后，在该温度下通入氩气至0.5MPa，保温0.5小时，最后随炉冷却至室温，即获得了抗弯强度为1880MPa，维氏硬度1580,断裂韧性9MPa.m1/2的（Ti,10W,10Hf,15Ta,0.2Zr）(C0.3, N0.7)-10%WC-3% Mo2C-9%（Co、Ni、Nd、Yb、Cu、Mo）的基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料。
 
实施例5
本实施例所用原料及工艺步骤如下：
分别称取63g（Ti,15W,1Sm,0.5Ce, 0.2Pr）(C0.1, N0.9) 固溶体粉、10g WC粉、2gTaC粉、25g高熵合金粘结相原料粉末，其中高熵合金粘结相原料为钴、镍、铬、锆、钼的金属单质粉末，并按照钴、镍、铬、锆、钼元素摩尔比1：1：1：0.5：1配制。然后将上述粉末一起装入球磨罐中，按照7:1的球料比装入磨球，并倒入适量酒精，球磨48小时，得到混合料，将其干燥后3wt%的比例加入石蜡成型剂，过筛，制粒。再将混合好的原料，称取一定重量装入模腔，压制成型。然后将制备的样品装入低压烧结炉中进行烧结，其烧结制度为：抽真空至1×10-1Pa，在600℃脱胶，然后升温（升温速度5℃/min）至1200℃固相烧结1小时，再升温到1450℃（升温速度1℃/min）保温1小时后，在该温度下通入氩气至1MPa，保温0.6小时，最后随炉冷却至室温，即获得了抗弯强度为2720MPa，维氏硬度1380,断裂韧性16MPa.m1/2的（Ti,15W,1Sm,0.5Ce, 0.2Pr）(C0.1, N0.9)-10% WC-2%TaC-25%（Co、Ni、Cr、Zr、Mo）含高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料。
 
实施例6
本实施例所用原料及工艺步骤如下：
分别称取550g（Ti,15W,1Nb,0.5Er, 0.2Tm,0.5Lu）(C0.6, N0.4) 固溶体粉、120g WC粉、10g Cr3C2粉、20gTaC粉和300g高熵合金粘结相原料粉末，其中高熵合金粘结相原料粉末为钛铁合金粉末、镍钴合金粉末、铬粉末、钒金属粉末和镧、镨、铈混合稀土粉末，按照铁、钴、镍、铬、钒、钛、镧、镨、铈元素摩尔比1：1：1：1：1：1：0.5：0.5：0.5配制。然后将上述粉末一起装入球磨罐中，按照8:1的球料比装入磨球，并倒入1L酒精，球磨36小时，得到混合粉。将其干燥后按照2.5wt%的比例加入石蜡成型剂，过筛，制粒。再将混合好的原料，称取一定重量装入模腔，压制成型。然后将制备的样品装入低压烧结炉中进行烧结，其烧结制度为：抽真空至1×10-1Pa，在600℃脱胶，然后升温（升温速度5℃/min）至1050℃固相烧结1小时，再升温到1400℃（升温速度2℃/min）保温0.5小时后，在该温度下通入氩气至5MPa，保温0.3小时，最后随炉冷却至室温，即获得了抗弯强度为2900MPa，维氏硬度1350,断裂韧性18MPa.m1/2的（Ti,15W,1Nb,0.5Er, 0.2Tm,0.5Lu）(C0.6, N0.4) -12%WC-1% Cr3C2-2%TaC -30%（Fe、Co、Ni、Cr、V、Ti、La、Pr、Ce）的含高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料。
实施例7
本实施例所用原料及工艺步骤如下：
分别称取700g（Ti,15W,1La,0.5Dy）(C0.2, N0.8) 固溶体粉、200g WC粉、100g高熵合金粘结相原料粉末，其中高熵合金粘结相原料为钒铁合金粉、镍钛合金粉、铜锰合金粉、钴铬合金粉、铁粉、钛粉、锆粉、钼粉、铝粉，并按照铁、钴、镍、铬、钒、钛、铝、铜、钼、锰、锆元素摩尔比1：1：1：1：1：1：1：1：1：1：0.6配制。然后将上述粉末一起装入球磨罐中，，按照6:1的球料比装入磨球，并倒入1L酒精，球磨72小时，得到混合粉。将其干燥后按照1.5wt%的比例加入石蜡成型剂，过筛，制粒。再将混合好的原料，称取一定重量装入模腔，压制成型。然后将制备的样品装入低压烧结炉中进行烧结，其烧结制度为：抽真空至1×10-1Pa，在600℃脱胶，然后升温（升温速度5℃/min）至1200℃固相烧结1小时，再升温到1430℃（升温速度2℃/min）保温1小时后，在该温度下通入氩气至2.5MPa，保温1小时，最后随炉冷却至室温，即获得了抗弯强度为1950MPa，维氏硬度1580,断裂韧性10.1 MPa.m1/2的（Ti,15W,1La,0.5Dy,）(C0.2, N0.8) -20%WC -10%（Fe、Co、Ni、Cr、V、Ti、Al、Cu、Mo、Mn、Zr）的基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料。
 
实施例8
本实施例所用原料及工艺步骤如下：
分别称取60g（Ti, 15 W, 5Mo, 0.2V）(C0.7, N0.3) 固溶体粉、15g WC粉、7gMo2C粉和18g高熵合金粘结相原料粉末，其中高熵合金粘结相原料为钴、镍、铬、铥、铒、钼、钬的金属单质粉末，并按照钴、镍、铬、铥、铒、钼、钬元素摩尔比1：1：1：0.5：0.5：1：0.5配制，然后一起装入球磨罐中，按照6:1的球料比装入磨球，并倒入100ml酒精，球磨72小时，得到混合粉末。将其干燥后按照0.5wt%的比例加入石蜡成型剂，过筛，制粒。再将混合好的原料，称取一定重量装入模腔，压制成型。然后将制备的样品装入低压烧结炉中进行烧结，其烧结制度为：抽真空至1×10-1Pa，在600℃脱胶，然后升温（升温速度3℃/min）至1300℃固相烧结1小时，再升温到1400℃（升温速度2℃/min）保温1.5小时后，在该温度下通入氩气至0.5MPa，保温0.5小时，最后随炉冷却至室温，即获得了抗弯强度为2350MPa，维氏硬度1450,断裂韧性11.3 MPa.m1/2的（Ti, 15W, 5Mo, 0.2V）(C0.7, N0.3) -15%WC-7%Mo2C -18% （Co、Ni、Cr、Tm、Er、Mo、Ho）的基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料。
实施例9
本实施例所用原料及工艺步骤如下：
分别称取660g（Ti,15W,1Nb,0.5Er, 0.2Tm,0.5Lu）(C0.6, N0.4) 固溶体粉、150g WC粉、80gMo2C粉、50gNbC 粉和60g高熵合金粘结相原料粉末，其中高熵合金粘结相原料为钒粉、钛粉、铝铜合金粉、铜粉、钴镍合金粉、铬粉，并按照钴、镍、铬、锆、铜、钒、钛、铝元素摩尔比1：1：1：1：1：1：1：1配制，然后一起装入球磨罐中，按照8:1的球料比装入磨球，并倒入900ml酒精，球磨36小时，得到混合粉。将其干燥后按照2.5wt%的比例加入石蜡成型剂，过筛，制粒。再将混合好的原料，称取一定重量装入模腔，压制成型。然后将制备的样品装入低压烧结炉中进行烧结，其烧结制度为：抽真空至1×10-1Pa，在600℃脱胶，然后升温（升温速度5℃/min）至1050℃固相烧结1小时，再升温到1400℃（升温速度2℃/min）保温0.5小时后，在该温度下通入氩气至5MPa，保温0.3小时，最后随炉冷却至室温，即获得了抗弯强度为1780MPa，维氏硬度1680,断裂韧性9.5MPa.m1/2的（Ti,15W,1Nb,0.5Er, 0.2Tm,0.5Lu）(C0.6,N0.4) -15%WC -8%Mo2C-5TaC -6%（Co、Ni、Cr、Zr、Cu、V、Ti、Al）的基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料。
实施例10
本实施例所用原料及工艺步骤如下：
分别称取800g（Ti,15W,1Yb,0.5Tb）(C0.4, N0.6) 固溶体粉、30g Mo2C粉、50TaC粉和120g高熵合金粘结相原料粉末，其中高熵合金粘结相原料为铁粉、钴粉、镍粉、铬粉、钼粉、铜粉、锰粉、钒粉、钛粉，并按照铁、钴、镍、铬、钼、铜、锰、钒、钛元素摩尔比1：1：1：1：1：1：1：1：1配制，然后一起装入球磨罐中，按照7:1的球料比装入磨球，并倒入1L酒精，球磨72小时，得到混合粉。将其干燥后按照1wt%的比例加入石蜡成型剂，过筛，制粒。再将混合好的原料，称取一定重量装入模腔，压制成型。然后将制备的样品装入低压烧结炉中进行烧结，其烧结制度为：抽真空至1×10-1Pa，在600℃脱胶，然后升温（升温速度5℃/min）至1050℃固相烧结1小时，再升温到1420℃（升温速度2℃/min）保温1.5小时后，在该温度下通入氩气至6MPa，保温0.1小时，最后随炉冷却至室温，即获得了抗弯强度为2000MPa，维氏硬度1550,断裂韧性10.5 MPa.m1/2的（Ti,15W,1Yb,0.5Tb）(C0.4, N0.6) -3% Mo2C -5%TaC-12%（Fe、Co、Ni、Cr、Mo、Cu、Mn、V、Ti）的基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料。
 
实施例11
本实施例所用原料及工艺步骤如下：
分别称取500g（Ti, 5Nb, 5Mo, 0.2Cr,0.5Y,0.5Nd）(C0.9, N0.1) 固溶体粉、250g WC粉、40gTaC粉、10gV8C7粉、200g高熵合金粘结相原料粉末，其中高熵合金粘结相原料为铁粉、钴粉、镍粉、铬粉、钼粉、铜粉、钆粉、铽粉，并按照铁、钴、镍、铬、钼、铜、钆、铽元素摩尔比1：1：1：1：1：1：0.5：0.5配制，然后一起装入球磨罐中，按照4:1的球料比装入磨球，并倒入1L酒精，球磨36小时，得到混合粉末。将其干燥后按照2wt%的比例加入聚乙二醇成型剂，过筛，制粒。再将混合好的原料，称取一定重量装入模腔，压制成型。然后将制备的样品装入低压烧结炉中进行烧结，其烧结制度为：抽真空至1×10-1Pa，在500℃脱胶，然后升温（升温速度4℃/min）至1100℃固相烧结2小时，再升温到1450℃（升温速度1℃/min）保温1.5小时后，在该温度下通入氩气至2MPa，保温1小时，最后随炉冷却至室温，即获得了抗弯强度为2550MPa，维氏硬度1380,断裂韧性15 MPa.m1/2的（Ti, 5Nb, 5Mo, 0.2Cr,0.5Y,0.5Nd）(C0.9, N0.1) -25%WC -4%TaC- 1%VC -20%（Fe、Co、Ni、Cr、Mo、Cu、Gd、Tb）的基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料。
实施例12
  本实施例所用原料及工艺步骤如下：
分别称取550g（Ti,15W）(C0.7, N0.3) 固溶体粉、110g WC粉、10g Cr3C2粉、30gTaC粉和300g高熵合金粘结相原料粉末，其中高熵合金粘结相原料为铁铬合金粉末、钴粉，铝粉、铁粉，并按照铁、钴、铬、铝元素摩尔比1：1：1：1配制。然后将上述粉末一起装入球磨罐中，按照8:1的球料比装入磨球，并倒入850ml丙酮，球磨36小时，得到混合粉。将其干燥后按照1.25wt%的比例加入石蜡成型剂，过筛，制粒。再将混合好的原料，称取一定重量装入模腔，压制成型。然后将制备的样品装入低压烧结炉中进行烧结，其烧结制度为：抽真空至1×10-1Pa，在600℃脱胶，然后升温（升温速度5℃/min）至1050℃固相烧结1小时，再升温到1400℃（升温速度2℃/min）保温0.5小时后，在该温度下通入氩气至5MPa，保温0.3小时，最后随炉冷却至室温，即获得了抗弯强度为2820MPa，维氏硬度1385,断裂韧性17.6MPa.m1/2的（Ti,15W）(C0.6, N0.4) -11%WC-1% Cr3C2-3%TaC -30%（Fe、Co、Cr、Al）的含高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料。

Claims (7)

1.一种基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料，其特征在于所述的碳氮化钛基金属陶瓷材料的粘结相为高熵合金，硬质相为碳氮化物固溶体。
2.按照权利要求1所述的基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料，其特征在于所述高熵合金粘结相由铁、钴、镍、铬、铝、钒、钛、铜、锆、钼、锰和稀土元素中的至少四种组成，且每种元素的含量摩尔比在5%至35%之间。
3.按照权利要求1所述的基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料，其特征在于所述碳氮化物固溶体硬质相为Ti (Cx,N1-x)，(Ti,M1…)(Cx,N1-x)中至少一种，其中(Ti,M1…) (Cx,N1-x)中M1组元为W、Mo、Ta、Nb、V、Cr、Zr、Hf、Y和镧系元素中的至少一种，所述的Ti (Cx,N1-x) 和(Ti,M1…) (Cx,N1-x)中，0﹤x﹤1。
4.一种基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料制备方法，其特征在所述基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料的原料组分及各组分的重量百分数为：
高熵合金粘结相原料                  3～30％
第二类碳化物粉末                     0～30％
碳氮化物固溶体粉末                   余量；
所述基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料制备方法的工艺步骤如下：
（1）球磨混料
将高熵合金粘结相原料，第二类碳化物粉末，碳氮化物固溶体粉末，按照上述原料配比计算，并秤量好；然后一起装入球磨罐中，按照4:1~8:1的球料比装入磨球，并倒入以满足要求为限的酒精或丙酮，球磨24-72小时，干燥后按照比例加入成型剂，过筛，制粒；
（2）成型
将步骤（1）混合好的原料，称取一定重量装入模腔，压制成型；
（3）低压烧结
将步骤（2）制备的样品装入低压烧结炉中，抽真空至1×10-1Pa，在600℃脱胶，然后升温（升温速度3-5℃/min）至1100℃-1300℃固相烧结1-2小时，再升温到1400℃-1480℃（升温速度1-3℃/min）保温0.5-1.5小时后，在该温度下通入氩气至0.5-6MPa，保温0.5-1小时，最后随炉冷却至室温，即获得基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料。
5.按照权利要求4所述的基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料制备方法，其特征在于所述高熵合金粘结相原料为铁、钴、镍、铬、铝、钒、钛、铜、锆、钼、锰和稀土元素的金属单质粉末或/和它们的合金粉末，并且原料中含有上述元素中的至少四种，每种元素的含量摩尔比在5%至35%之间。
6.按照权利要求4所述的基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料制备方法，其特征在于所述的第二类碳化物粉末为WC、VxC（0﹤x≦1）、Mo2C、Cr3C2、TaC、NbC中至少一种。
7.按照权利要求4所述的基于高熵合金粘结相的碳氮化钛基金属陶瓷材料制备方法，其特征在于所述的碳氮化物固溶体粉末为Ti (Cx,N1-x)，(Ti,M1…) (Cx,N1-x)粉末中至少一种，其中(Ti,M1…) (Cx,N1-x)中M1组元为W、Mo、Ta、Nb、V、Cr、Zr、Hf、Y和镧系元素中的至少一种，所述的Ti (Cx,N1-x) 和(Ti,M1…) (Cx,N1-x)中，0﹤x﹤1。
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