[發明專利]基于碳化物形成元素促進碳遷移的金屬陶瓷耐磨材料制備方法

有效

• 申請號: 201710300225.2
• 申請日: 2017-05-02
• 公開（公告）號: CN107099721B
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 郭智興;熊計;周黎明
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C22C29/04
• 分類號: C22C29/04;C22C1/05;C22C1/10;C23C8/64
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本發明公開了一種基于碳化物形成元素促進碳遷移的金屬陶瓷耐磨材料制備方法，其特征是先在500～700℃保溫1～2h，形成含碳化物形成元素的金屬陶瓷坯體；然后將Al₂O₃包覆TiH₂的核/殼結構粉末，厚度小于3nm、層數小于3層且比表面積大于250m²/g的石墨烯，Na₂CO₃三種物質按重量百分比3:2:1混合配制出含氫滲碳介質；再將生坯埋入含氫滲碳介質中的并在5~15MPa壓力下緊實；最后進行液相燒結，基于碳化物形成元素促進碳遷移制備出金屬陶瓷耐磨材料。本發明克服了現有工藝存在的晶粒長大嚴重、滲碳時間長、效率低的問題，在燒結過程中實現金屬陶瓷耐磨材料制備。

技術領域

本發明涉及一種耐磨材料的制備方法，特別涉及基于碳化物形成元素促進碳遷移的金屬陶瓷耐磨材料制備方法，屬于耐磨材料領域。

背景技術

Ti(C,N)基金屬陶瓷不但具有較高的硬度、耐磨性、紅硬性、優良的化學穩定性以及與金屬間極低的摩擦系數，而且還有一定的韌性和強度。全球鈦(Ti)的儲量約是W儲量的1000倍左右，相比使用W戰略資源的硬質合金材料具有相對的資源優勢，所以Ti(C,N)基金屬陶瓷材料有巨大的市場前景。作為耐磨材料使用時，若能在其表面引入石墨等固體潤滑相，可進一步減少其磨損，提高其使用壽命。

CN200910032962.4公開了一種梯度結構納米碳管增強的Ti(C,N)基金屬陶瓷及其制備方法。該金屬陶瓷成分質量分數為：C為6.5～8.0，其中0.5-1.0的碳由納米碳管引入，N為1.5～2.5，Ti為36～45，Ni為20～32，Mo為10～18，W為6～10。該發明將原料配制成符合上述成份的混合料，然后經混料、添加成型劑、壓制成型、脫脂、真空燒結得到燒結體。再將該燒結體置于雙層輝光等離子滲碳爐進行滲碳處理。源極材料為純度高于96％的高純石墨，所用氬氣純度≥99.0％，充入爐內氬氣壓力為20－40Pa，處理溫度為1100－1200℃，處理時間為90-180min。CN104496548A公開了一種金屬陶瓷表面處理方法，其采用如下方法：將金屬陶瓷坯體置于充滿甲磺氣體和碳纖維棉的混合碳源氣體的真空容器中，在大于或等于陶瓷燒結溫度的條件下（1400-1600℃），進行真空滲碳處理，保溫2-4小時后取出陶瓷制品，滲碳完畢。

但是，上述方法是在材料燒結完成后再進行滲碳處理，滲碳時間長，效率不高；而且高溫下金屬陶瓷材料容易出現晶粒長大，導致材料性能下降。因此，尋找制備金屬陶瓷耐磨材料的新方法十分必要。

發明內容

本發明針對目前制備金屬陶瓷耐磨材料時，“燒結+滲碳”工藝存在的晶粒長大嚴重、滲碳時間長、效率低的問題，提出先制備出含碳化物形成元素的金屬陶瓷坯體，再將Al₂O₃包覆TiH₂的核/殼結構粉末、石墨烯、Na₂CO₃混合行星球磨時均勻混合形成含氫滲碳介質，然后將多孔生坯放入滲碳介質中并進行緊實，最后進行液相燒結時基于碳化物形成元素促進碳遷移實現金屬陶瓷耐磨材料制備。

本發明的基于碳化物形成元素促進碳遷移的金屬陶瓷耐磨材料制備方法，其特征在于依次包含以下步驟：

（1）含碳化物形成元素的金屬陶瓷坯體制備：稱取各種原料粉末配料，按重量百分比Ni占5～20wt%，Co占0～20wt%，Mo占2～10wt%, W占2～10wt%，TiC_0.7N_0.3為余量；將稱取的粉末混合并經過球磨、過濾、干燥、摻成型劑、壓制成型得到金屬陶瓷生坯；金屬陶瓷生坯在真空燒結爐中升溫到500～700℃，升溫速度為1～5℃/min，真空度為5～15Pa, 并保溫1～2h，形成含碳化物形成元素的金屬陶瓷坯體；