CN110004346B - 一种Cr-C-N基金属陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种Cr‑C‑N基金属陶瓷，涉及金属陶瓷材料技术领域。本发明提供的金属陶瓷由包括以下质量百分含量的组分制备得到：金属粉末10～40％，碳化物粉末5～30％，余量为Cr‑C‑N硬质相粉末；所述Cr‑C‑N硬质相粉末是由Cr、C和N三种元素形成的单相固溶体；所述Cr‑C‑N硬质相粉末中C的质量百分含量为0.1～9％，N的质量百分含量为0.1～11％，余量为Cr。本发明提供的Cr‑C‑N基金属陶瓷具有优异的硬度、韧性、热稳定性、耐磨和耐腐蚀性等综合性能，且烧结稳定性好。本发明还提供了所述金属陶瓷的制备方法，本发明提供的制备方法过程简单，条件易控，利于工业化推广。

Description

一种Cr-C-N基金属陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属陶瓷材料技术领域，特别涉及一种Cr-C-N基金属陶瓷及其制备方法。
背景技术
碳化铬(Cr3C2)具有高熔点、高硬度、优异的抗氧化性和耐腐蚀性等性质，因此其与金属Ni、Cr等混合制成的碳化铬基金属陶瓷具有优异的耐磨、耐腐蚀等性能，在冶金、陶瓷刀具、耐磨零件、防护涂层、靶材等领域广泛应用。然而，碳化铬稳定相区极窄，在高温烧结润湿性和稳定性差，极易由于C原子迁移造成微区成分失衡而形成诸如Cr7C3、Cr23C6等系列脆性的η相，此外还会在组织内部形成大量的孔洞等缺陷，这均严重损害材料的力学性能，限制了其进一步应用。
并且，现有的制备方法均难以通过简单、易推广的工艺制备出性能稳定、品质可控的碳化铬金属陶瓷。范兴宽在专利CN106636833A中公开了一种碳化铬陶瓷制备工艺，报道通过添加少量的金属粉末，一定程度上提高了陶瓷材料的力学性能，但材料组织致密度仍然较低、性能的提高效果有限；此外，该工艺复杂，烧结条件苛刻、生产周期长，不利于进一步推广。浦永建在专利CN102876950A中提出以碳化铬为主相，混入其他金属、氧化铝和碳化钛，制成了碳化铬基金属陶瓷，将其在模具领域中应用。柳学全在专利CN102560293A中报道了一种具有复合纤维结构特征的碳化铬基硬质合金，然而该方法制备的材料的性能存在明显的各项异性，且其工艺较难实现、抗弯强度和硬度较差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种Cr-C-N基金属陶瓷及其制备方法。本发明提供的金属陶瓷材料硬度、韧性、热稳定性、耐磨和耐腐蚀性等综合性能优异，烧结稳定性好；本发明提供的制备方法过程简单，条件易控，利于工业化推广。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种Cr-C-N基金属陶瓷，由包括以下质量百分含量的组分制备得到：
金属粉末 10～40％，
碳化物粉末 5～30％，
Cr-C-N硬质相粉末 余量；
所述Cr-C-N硬质相粉末是由Cr、C和N三种元素形成的单相固溶体；所述Cr-C-N硬质相粉末中C的质量百分含量为0.1～9％，N的质量百分含量为0.1～11％，余量为Cr。
优选地，所述金属粉末包括Cr粉、Ni粉、Cr-Ni合金粉、Mo粉和Fe粉中的一种或几种；所述Cr-Ni合金粉中Cr和Ni的质量比为1:4～4:1。
优选地，所述碳化物粉末包括WC、TiC和TaC中的一种或几种。
优选地，所述Cr-C-N硬质相粉末由包括以下步骤的方法制备得到：
(1)将氧化铬和碳源进行球磨混合后干燥，得到混合料；
(2)将所述混合料在流动氮气下进行热处理，得到Cr-C-N硬质相粉末；
或由包括以下步骤的方法制备得到：
(a)将铬盐与碳源、水混合后依次进行浓缩和干燥，得到混合前驱体粉末；
(b)将所述混合前驱体粉末在保护气氛下进行煅烧，得到煅烧料；
(c)将所述煅烧料在流动氮气下进行热处理，得到Cr-C-N硬质相粉末。
优选地，所述步骤(1)中的碳源为碳粉、石墨和炭黑中的一种或几种；所述步骤(1)中球磨混合的介质为无水乙醇，所述球磨混合的时间为10～40h；所述步骤(2)中热处理的温度为1000～1400℃，时间为0.5～4h。
优选地，所述步骤(a)中的铬盐为铬酸铵或重铬酸铵；所述步骤(a)中的碳源为葡萄糖、淀粉和炭黑中的一种或几种；所述步骤(b)中煅烧的温度为200～400℃，时间为1～4h；所述步骤(c)中热处理的温度为900～1300℃，时间为0.5～2h。
本发明提供了以上技术方案所述Cr-C-N基金属陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(Ⅰ)将所述Cr-C-N硬质相粉末、金属粉末和碳化物粉末进行球磨混合后干燥，得到混合料；
(Ⅱ)将所述混合料与成型剂混合后依次进行制粒和压型，得到成型料；
(Ⅲ)将所述成型料进行烧结，得到所述Cr-C-N基金属陶瓷。
优选地，所述步骤(Ⅰ)中球磨混合的球料比为4:1～8:1，所述球磨混合的时间为40～80h，所述球磨混合的介质为无水乙醇、无水甲醇和丙酮中的一种或几种。
优选地，所述步骤(Ⅱ)中的成型剂为石蜡和/或聚乙二醇，所述成型剂的加入量为所述混合料质量的1～3％。
优选地，所述步骤(Ⅲ)中的烧结为真空烧结或低压烧结，所述烧结的温度为1250～1350℃，时间为30～120min。
本发明提供了一种Cr-C-N基金属陶瓷，由包括以下质量百分含量的组分制备得到：金属粉末10～40％，碳化物粉末5～30％，Cr-C-N硬质相粉末余量；所述Cr-C-N硬质相粉末是由Cr、C和N三种元素形成的单相固溶体；所述Cr-C-N硬质相粉末中C的质量百分含量为0.1～9％，N的质量百分含量为0.1～11％，余量为Cr。本发明提供的Cr-C-N基金属陶瓷与Cr3C2基金属陶瓷相比，具有优异的硬度、韧性、热稳定性、耐磨和耐腐蚀性等综合性能；因N元素的引入，在增强硬质相主相硬度的同时，提高材料的烧结润湿性，从而实现材料力学性能的整体提升；此外，Cr-C-N系的单相区对C、N原子的浓度变化容忍度高，避免η相的形成，进一步提高材料的烧结和高温服役期间的稳定性。进一步地，还可以通过调节Cr-C-N硬质相粉末中C和N的含量，实现金属陶瓷材料性能的选择性调控。本发明提供的Cr-C-N基金属陶瓷在切削刀具、耐磨零件、防护涂层等领域有广阔的应用前景。
本发明还提供了所述Cr-C-N基金属陶瓷的制备方法，本发明将以简单的碳热还原氮化法获得的C、N含量可调的Cr-C-N硬质相粉末，与金属粉末和碳化物粉末进行混合，经烧结，即可快速制得性能优异的Cr-C-N基金属陶瓷。本发明提供的制备方法过程简单，条件易控，利于工业化推广。
具体实施方式
本发明提供了一种Cr-C-N基金属陶瓷，由包括以下质量百分含量的组分制备得到：
金属粉末10～40％，
碳化物粉末5～30％，
Cr-C-N硬质相粉末余量。
以质量百分含量计，本发明提供的Cr-C-N基金属陶瓷包括金属粉末10～40％，优选为20～30％，更优选为25％。在本发明中，所述金属粉末优选包括Cr粉、Ni粉、Cr-Ni合金粉、Mo粉和Fe粉中的一种或几种；所述Cr-Ni合金粉中Cr和Ni的质量比优选为1:4～4:1，更优选为1:2～2:1。本发明对所述金属粉末的来源没有特别的要求，采用市售产品即可。在本发明中，所述金属粉末作为粘结相，可润湿硬质相颗粒，进而将硬质相颗粒粘结在一起，使合金具有高强度、硬度；并对裂纹扩展应力集中的能量有消耗作用，提高材料的韧性。
以质量百分含量计，本发明提供的Cr-C-N基金属陶瓷包括碳化物粉末5～30％，优选为10～25％，更优选为20％。在本发明中，所述碳化物粉末优选包括WC、TiC和TaC中的一种或几种。本发明对所述碳化物粉末的来源没有特别的要求，采用市售产品即可。在本发明中，所述碳化物粉末作为第二类添加剂，与Cr-C-N硬质相搭配烧结，可以优化烧结过程中原子的溶解-析出，进一步提高烧结润湿性，提高合金的强度、硬度和韧性。
以质量百分含量计，本发明提供的Cr-C-N基金属陶瓷包括余量Cr-C-N硬质相粉末。在本发明中，所述Cr-C-N硬质相粉末是由Cr、C和N三种元素形成的单相固溶体；所述Cr-C-N硬质相粉末中C的质量百分含量为0.1～9％，N的质量百分含量为0.1～11％，余量为Cr。对于Cr3C2基金属陶瓷来说来说，硬质相主相成分一定，其性能仅能通过制备工艺进行优化。与之相比，本发明提供的Cr-C-N基金属陶瓷还可以进一步通过调节Cr-C-N硬质相粉末C、N的含量来实现其性能的选择性调控，具体为：当所述Cr-C-N硬质相粉末中C的质量百分含量为0.1～2％，且N的质量百分含量为9.5～11％时，所述硬质相粉末的晶体结构为三方结构，即所述硬质相以三方结构的单相形式存在，此种C、N质量范围的硬质相的硬度较高、强度和韧性较低，并且随着C质量含量的增加，材料的硬度进一步提高、强度和韧性进一步降低；当所述Cr-C-N硬质相粉末中C的质量百分含量大于2％，且N的质量百分含量小于9.5％时，所述硬质相的晶体结构为正交结构，即所述硬质相以正交结构的单相形式存在，此种C、N质量范围的硬质相的硬度有所降低、强度和韧性显著升高。因此，本发明提供的Cr-C-N基金属陶瓷可进一步通过调节Cr-C-N硬质相粉末中C、N的含量实现其性能的选择性调控，为性能进一步优化和多样化的服役工况提供了新途径和新策略。
在本发明中，所述Cr-C-N硬质相粉末优选由包括以下步骤的方法制备得到：
(1)将氧化铬和碳源进行球磨混合后干燥，得到混合料；
(2)将所述混合料在流动氮气下进行热处理，得到Cr-C-N硬质相粉末。
本发明将氧化铬和碳源进行球磨混合后干燥，得到混合料。在本发明中，所述碳源优选为碳粉、石墨和炭黑中的一种或几种，所述炭黑优选为纳米炭黑；本发明对所述碳粉、石墨和炭黑的来源没有特别的要求，采用市售的相应产品即可。在本发明中，当所述Cr-C-N硬质相为三方结构时，所述氧化铬和碳源的质量比优选为4:1～4.25:1；当所述Cr-C-N硬质相为正交结构时，所述氧化铬和碳源的质量比优选为3:1～3.9:1。在本发明中，所述球磨混合的介质优选为无水乙醇，所述球磨混合的时间优选为10～40h，更优选为20～30h。本发明对所述球磨混合的设备没有特别的要求，采用本领域熟知的设备即可。在本发明中，所述干燥的温度优选为60～85℃，更优选为70～80℃,时间优选为3～8h，更优选为5～6h；本发明优选采用烘箱进行干燥。
得到混合料后，本发明将所述混合料在流动氮气下进行热处理，得到Cr-C-N硬质相粉末。在本发明中，所述氮气的流量优选为0.5～10L/min，更优选为1.5～3L/min；本发明以流动氮气作为氮源。在本发明中，所述热处理的温度优选为1000～1400℃，更优选为1200～1300℃，时间优选为0.5～4h，更优选为2～3h；本发明优选采用热处理炉进行所述热处理。在本发明中，所述热处理过程中氧化铬、碳源和氮气发生碳热还原氮化反应，形成Cr-C-N硬质相粉末。热处理之后，本发明还优选将所得热处理材料随炉冷却后取出，依次经过破碎和过筛，然后封装待用。
在本发明中，所述Cr-C-N硬质相粉末还可优选由包括以下步骤的方法制备得到：
(a)将铬盐与碳源、水混合后依次进行浓缩和干燥，得到混合前驱体粉末；
(b)将所述混合前驱体粉末在保护气氛下进行煅烧，得到煅烧料；
(c)将所述煅烧料在流动氮气下进行热处理，得到Cr-C-N硬质相粉末。
本发明将铬盐与碳源、水混合，经浓缩、干燥后，得到混合前驱体粉末。在本发明中，所述铬盐优选为铬酸铵或重铬酸铵；所述碳源优选为葡萄糖、淀粉和炭黑中的一种或几种；所述炭黑优选为纳米炭黑。本发明对所述混合的方法没有特别的要求，采用本领域熟知的方法即可，如搅拌混合；本发明优选将所述铬盐与碳源加入水中进行混合。本发明对所述铬盐以及碳源的来源没有特别的要求，采用市售的相应产品即可。在本发明中，当所述Cr-C-N硬质相为三方结构时，所述铬盐与碳源的质量比优选为6.5:1～7:1；当所述Cr-C-N硬质相为正交结构时，所述铬盐与碳源的质量比优选为5:1～6.4:1。本发明对所述浓缩的方法没有特别的要求，采用本领域熟知的方法即可，如蒸发浓缩。在本发明中，所述干燥的温度优选为60～85℃，更优选为70～80℃，时间优选为3～8h，更优选为4～6h；本发明优选采用烘箱进行干燥。
得到混合前驱体粉末后，本发明将所述混合前驱体粉末在保护气氛下进行煅烧，得到煅烧料。在本发明中，所述保护气氛优选采用氩气或氮气。在本发明中，所述煅烧的温度优选为200～400℃，更优选为300℃，时间优选为1～4h，更优选为3h。
得到煅烧料后，本发明将所述煅烧料在流动氮气下进行热处理，得到Cr-C-N三元单相粉末。在本发明中，所述氮气的流量优选为0.5～10L/min，更优选为1.5～3L/min；本发明以流动氮气作为氮源。在本发明中，所述热处理的温度优选为900～1300℃，更优选为1000～1200℃，时间优选为0.5～2h，更优选为1～1.5h；本发明优选采用热处理炉进行所述热处理。在本发明中，所述热处理过程中铬盐、碳源和氮气发生碳热还原氮化反应，形成Cr-C-N硬质相粉末。热处理之后，本发明还优选将所得热处理材料随炉冷却后取出，依次经过破碎和过筛，然后封装待用。
本发明提供的Cr-C-N基金属陶瓷中的Cr-C-N硬质相粉末均是以简单的碳热还原氮化法制备得到的，过程简单，条件易控。
Cr3C2基金属陶瓷的烧结性能差，易发生显著的Cr3C2晶粒长大，且烧结润湿性差、组织难致密，力学性能难以有效提升。本发明提供的Cr-C-N基金属陶瓷与Cr3C2基金属陶瓷相比，具有优异的硬度、韧性、热稳定性、耐磨和耐腐蚀性等综合性能；因N元素的引入，在增强硬质相主相硬度的同时，改善材料的烧结润湿性，提高材料的致密度和强韧性，从而实现材料力学性能的整体提升；此外，Cr-C-N系的单相区对C、N原子的浓度变化容忍度高，避免脆性的η相的形成，进一步提高材料的烧结和高温服役期间的稳定性。进一步地，还可以通过调节Cr-C-N硬质相粉末中C和N的含量，实现金属陶瓷材料性能的选择性调控。本发明提供的Cr-C-N基金属陶瓷在切削刀具、耐磨零件、防护涂层等领域有广阔的应用前景。
本发明提供了以上技术方案所述Cr-C-N基金属陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(Ⅰ)将所述Cr-C-N硬质相粉末、金属粉末和碳化物粉末进行球磨混合后干燥，得到混合料；
(Ⅱ)将所述混合料与成型剂混合后依次进行制粒和压型，得到成型料；
(Ⅲ)将所述成型料进行烧结，得到所述Cr-C-N基金属陶瓷。
本发明将所述Cr-C-N硬质相粉末、金属粉末和碳化物粉末进行球磨混合后干燥，得到混合料。在本发明中，所述步骤(Ⅰ)中球磨混合的球料比优选为4:1～8:1，更优选为6:1；所述球磨混合的时间优选为40～80h，更优选为60h；所述球磨混合的介质为无水乙醇、无水甲醇和丙酮中的一种或几种。本发明对所述球磨混合的设备没有特别的要求，采用本领域熟知的设备即可。在本发明中，所述干燥的温度优选为60～80℃，更优选为65～75℃,时间优选为4～8h，更优选为5～6h；本发明优选采用烘箱进行干燥。
得到混合料后，本发明将所述混合料与成型剂混合后依次进行制粒和压型，得到成型料。在本发明中，所述成型剂优选为石蜡和/或聚乙二醇，所述成型剂的加入量优选为所述混合料质量的1～3％，更优选为2％。本发明对所述混合的方式没有特别的要求，采用本领域熟知的混合方式保证所述混合料与成型剂混合均匀即可。在本发明中，所述制粒优选为过筛制粒，所述过筛优选为过40目筛。在本发明中，所述压型优选将所述过筛后的颗粒装入模具中，采用压机压制成所需形状。在本发明中，所述压制的压力优选为150～300MPa，时间优选为10～15s。本发明对所述压机没有特别的要求，采用本领域熟知的压机即可。
得到成型料后，本发明将所述成型料进行烧结，得到所述Cr-C-N基金属陶瓷。在本发明中，所述烧结为优选为真空烧结或低压烧结；所述烧结的温度优选为1250～1350℃，更优选为1300℃，时间为30～120min，更优选为80～100min。本发明优选采用真空烧结炉或低压烧结炉进行烧结。本发明通过烧结将所述成型剂脱除(即脱胶)，并实现合金的完全致密化；达到所述烧结时间后，随炉冷却，得到所述Cr-C-N基金属陶瓷。
本发明提供了所述Cr-C-N基金属陶瓷的制备方法，本发明将以简单的碳热还原氮化法获得的C、N含量可调的Cr-C-N硬质相粉末，与金属粉末和碳化物粉末进行混合，经烧结，即可快速制得性能优异的Cr-C-N基金属陶瓷。本发明提供的制备方法过程简单，条件易控，利于工业化推广。
下面结合实施例对本发明提供的Cr-C-N基金属陶瓷及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
(1)制粉：称取氧化铬80克、炭黑20克装入球磨罐，球磨混合20h，混合介质为无水乙醇，取出混合料放入烘箱内干燥，将干燥的混合料放入热处理炉内，在流动氮气下升温至1200℃热处理1h，氮气流量为2L/min，随炉冷却后制得C含量为0.1％、N含量为11％的Cr-C-N单相粉末，取出、破碎、过筛、封装。
(2)球磨混料：称取步骤(1)中制备的Cr-C-N单相粉末60克，Cr-Ni合金粉20克，以及TiC粉20克，装入球磨罐内，球料比4：1，球磨介质为无水乙醇，球磨混合60h，取出混合料放入烘箱内干燥。
(3)制粒压型：向步骤(2)中干燥的混合料内，均匀掺入重量分数为2％的石蜡，过筛制粒，装入模具，压机压制成预定形状。
(4)烧结：将步骤(3)中压制成型的构件转移至真空烧结炉内，进行脱胶、烧结，烧结温度为1300℃，烧结保温60分钟后随炉冷却，制得所需的Cr-C-N基金属陶瓷材料，其力学性能见表1。
实施例2
(1)制粉：称取铬酸铵86克、葡萄糖14g，溶于去离子水，搅拌至混合均匀，浓缩后85℃干燥2h，制得混合前驱体粉，然后在氩气保护下400℃煅烧4h，转入热处理炉内，在流动的氮气下升温至1300℃热处理0.5h，氮气流量为3L/min，随炉冷却后制得C含量为2.1％、N含量为9.2％的Cr-C-N单相粉末，取出、破碎、过筛、封装。
(2)球磨混料：称取步骤(1)中制备的Cr-C-N单相粉末60克，Ni粉10克，以及WC粉30克，装入球磨罐内，球料比8：1，球磨介质为丙酮，球磨混合40h，取出混合料放入烘箱内干燥。
(3)制粒压型：向步骤(2)中干燥的混合料内，均匀掺入重量分数为1％的聚乙二醇，过筛制粒，装入模具，压机压制成预定形状。
(4)烧结：将步骤(3)中压制成型的构件转移至低压烧结炉内，进行脱胶、烧结，烧结温度为1350℃，烧结保温30分钟后随炉冷却，制得所需的Cr-C-N基金属陶瓷材料，其力学性能见表1。
实施例3
(1)制粉：称取氧化铬76.5克、炭黑23.5克装入球磨罐，球磨混合40h，混合介质为无水乙醇，取出混合料放入烘箱内干燥，将干燥的混合料放入热处理炉内，在流动氮气下升温至1400℃热处理0.5h，氮气流量为2.5L/min，随炉冷却后制得C含量为6％、N含量为3.5％的Cr-C-N单相粉末，取出、破碎、过筛、封装。
(2)球磨混料：称取步骤(1)中制备的Cr-C-N单相粉末45克，Cr粉40克，以及TaC粉15克，装入球磨罐内，球料比6：1，球磨介质为无水甲醇，球磨混合80h，取出混合料放入烘箱内干燥。
(3)制粒压型：向步骤(2)中干燥的混合料内，均匀掺入重量分数为3％的石蜡，过筛制粒，装入模具，压机压制成预定形状。
(4)烧结：将步骤(3)中压制成型的构件转移至低压烧结炉内，进行脱胶、烧结，烧结温度为1250℃，烧结保温120分钟后随炉冷却，制得所需的Cr-C-N基金属陶瓷材料，其力学性能见表1。
实施例4
(1)制粉：称取氧化铬77克、炭黑23克装入球磨罐，球磨混合20h，混合介质为无水乙醇，取出混合料放入烘箱内干燥，将干燥的混合料放入热处理炉内，在流动氮气下升温至1000℃热处理4h，氮气流量为5L/min，随炉冷却后制得C含量为5.0％、N含量为4.0％的Cr-C-N单相粉末，取出、破碎、过筛、封装。
(2)球磨混料：称取步骤(1)中制备的Cr-C-N单相粉末65克，Cr粉5克、Ni粉10克、Mo粉5克、Fe粉2克，以及WC粉5克、TiC粉5克、TaC粉3克，装入球磨罐内，球料比6：1，球磨介质为无水甲醇，球磨混合40h，取出混合料放入烘箱内干燥。
(3)制粒压型：向步骤(2)中干燥的混合料内，均匀掺入重量分数为2％的聚乙二醇，过筛制粒，装入模具，压机压制成预定形状。
(4)烧结：将步骤(3)中压制成型的构件转移至低压烧结炉内，进行脱胶、烧结，烧结温度为1300℃，烧结保温60分钟后随炉冷却，制得所需的Cr-C-N基金属陶瓷材料，其力学性能见表1。
实施例5
(1)制粉：称取重铬酸铵87克、葡萄糖13g，溶于去离子水，搅拌至混合均匀，浓缩后65℃干燥4h，制得混合前驱体粉，然后在氩气保护下300℃煅烧2h，转入热处理炉内，在流动的氮气下升温至1100℃热处理1h，氮气流量为1.5L/min，随炉冷却后制得C含量为1.5％、N含量为10％的Cr-C-N单相粉末，取出、破碎、过筛、封装。
(2)球磨混料：称取步骤(1)中制备的Cr-C-N单相粉末60克，Cr-Ni合金粉20克、Mo粉5克，以及WC粉10克、TiC粉5克，装入球磨罐内，球料比6：1，球磨介质为无水乙醇，球磨混合40h，取出混合料放入烘箱内干燥。
(3)制粒压型：向步骤(2)中干燥的混合料内，均匀掺入重量分数为2％的聚乙二醇，过筛制粒，装入模具，压机压制成预定形状。
(4)烧结：将步骤(3)中压制成型的构件转移至真空烧结炉内，进行脱胶、烧结，烧结温度为1300℃，烧结保温60分钟后随炉冷却，制得所需的Cr-C-N基金属陶瓷材料，其力学性能见表1。
实施例6
(1)制粉：称取氧化铬76克、炭黑24克装入球磨罐，球磨混合20h，混合介质为无水乙醇，取出混合料放入烘箱内干燥，将干燥的混合料放入热处理炉内，在流动氮气下升温至1200℃热处理1h，氮气流量为1L/min，随炉冷却后制得C含量为9.0％、N含量为1.0％的Cr-C-N单相粉末，取出、破碎、过筛、封装。
(2)球磨混料：称取步骤(1)中制备的Cr-C-N单相粉末55克，Cr-Ni合金粉30克，以及WC粉15克，装入球磨罐内，球料比6：1，球磨介质为无水乙醇，球磨混合40h，取出混合料放入烘箱内干燥。
(3)制粒压型：向步骤(2)中干燥的混合料内，均匀掺入重量分数为2％的石蜡，过筛制粒，装入模具，压机压制成预定形状。
(4)烧结：将步骤(3)中压制成型的构件转移至低压烧结炉内，进行脱胶、烧结，烧结温度为1300℃，烧结保温60分钟后随炉冷却，制得所需的Cr-C-N基金属陶瓷材料，其力学性能见表1。
表1 实施例1～6制备的Cr-C-N基金属陶瓷的力学性能
Figure BDA0002065332040000111
从表1可以看出，实施例1～6制备的Cr-C-N基金属陶瓷具有优良的强度、硬度和韧性，综合性能优异，其抗弯强度＞1500MPa、维氏硬度＞1500kgf·mm-2、断裂韧性＞9.0MPa·m1/2。
对实施例1～6制备的Cr-C-N基金属陶瓷分别进行热稳定性、耐磨和耐腐蚀性测试，结果实施例1～6制备的Cr-C-N基金属陶瓷均具有优异的热稳定性、耐磨性和耐腐蚀性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种Cr-C-N基金属陶瓷，其特征在于，由以下质量百分含量的组分制备得到：
金属粉末 10～40％，
碳化物粉末 5～30％，
Cr-C-N硬质相粉末 余量；
所述Cr-C-N硬质相粉末是由Cr、C和N三种元素形成的单相固溶体；所述Cr-C-N硬质相粉末中C的质量百分含量为0.1～9％，N的质量百分含量为0.1～11％，余量为Cr；
所述金属粉末为Cr粉、Cr-Ni合金粉、Mo粉和Fe粉中的一种或几种；所述Cr-Ni合金粉中Cr和Ni的质量比为1:4～4:1。
2.根据权利要求1所述的Cr-C-N基金属陶瓷，其特征在于，所述碳化物粉末包括WC、TiC和TaC中的一种或几种。
3.根据权利要求1～2任意一项所述的Cr-C-N基金属陶瓷，其特征在于，所述Cr-C-N硬质相粉末由包括以下步骤的方法制备得到：
(1)将氧化铬和碳源进行球磨混合后干燥，得到混合料；
(2)将所述混合料在流动氮气下进行热处理，得到Cr-C-N硬质相粉末；
或由包括以下步骤的方法制备得到：
(a)将铬盐与碳源、水混合后依次进行浓缩和干燥，得到混合前驱体粉末；
(b)将所述混合前驱体粉末在保护气氛下进行煅烧，得到煅烧料；
(c)将所述煅烧料在流动氮气下进行热处理，得到Cr-C-N硬质相粉末。
4.根据权利要求3所述的Cr-C-N基金属陶瓷，其特征在于，所述步骤(1)中的碳源为碳粉、石墨和炭黑中的一种或几种；所述步骤(1)中球磨混合的介质为无水乙醇，所述球磨混合的时间为10～40h；所述步骤(2)中热处理的温度为1000～1400℃，时间为0.5～4h。
5.根据权利要求3所述的Cr-C-N基金属陶瓷，其特征在于，所述步骤(a)中的铬盐为铬酸铵或重铬酸铵；所述步骤(a)中的碳源为葡萄糖、淀粉和炭黑中的一种或几种；所述步骤(b)中煅烧的温度为200～400℃，时间为1～4h；所述步骤(c)中热处理的温度为900～1300℃，时间为0.5～2h。
6.权利要求1～5任意一项所述Cr-C-N基金属陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(Ⅰ)将所述Cr-C-N硬质相粉末、金属粉末和碳化物粉末进行球磨混合后干燥，得到混合料；
(Ⅱ)将所述混合料与成型剂混合后依次进行制粒和压型，得到成型料；
(Ⅲ)将所述成型料进行烧结，得到所述Cr-C-N基金属陶瓷。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(Ⅰ)中球磨混合的球料比为4:1～8:1，所述球磨混合的时间为40～80h，所述球磨混合的介质为无水乙醇、无水甲醇和丙酮中的一种或几种。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(Ⅱ)中的成型剂为石蜡和/或聚乙二醇，所述成型剂的加入量为所述混合料质量的1～3％。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(Ⅲ)中的烧结为真空烧结或低压烧结，所述烧结的温度为1250～1350℃，时间为30～120min。
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