增韌Ti（C，N）基金屬陶瓷復合材料的制備工藝的制作方法

本發明涉及一種金屬陶瓷復合材料的制備工藝，尤其涉及一種增韌Ti（C，N）基金屬陶瓷復合材料的制備工藝。
背景技術：
：Ti（C，N）基金屬陶瓷由于具有較高的硬度、耐磨性、紅硬性、優良的化學穩定性、與金屬間極低的摩擦系數，而且還有一定的韌性和強度，如用作制備刀具，與常用的硬質合金相比，與傳統的WC硬質合金相比，Ti（C，N）基金屬陶瓷具有優良的綜合性能，硬度與硬質合金相同的情況下，密度只有硬質合金的一半，可降低成本；在其使用壽命相同的情況下，Ti（C，N）基金屬陶瓷刀具具有更高的切削速度與更好的加工光潔度。在許多高速切削場合下，可以成功地取代WC基硬質合金，節約貴重金屬W的消耗量。Ti（C，N）基金屬陶瓷雖然具有耐磨損、耐高溫、重量輕等優點，但最大的弱點是脆性大，所以進一步提高其斷裂韌性和抗彎強度仍是目前要解決的熱點問題。碳納米管由于具有眾多的優異性能，對金屬基材料的強韌化作用具有較好的成果，使得金屬陶瓷的強度、韌性同時均得到提高。技術實現要素：本發明提供一種增韌Ti（C，N）基金屬陶瓷復合材料的制備工藝，此制備工藝獲得的增韌Ti（C，N）基金屬陶瓷復合材料硬度增加0.1～0.3HRA，抗彎強度（σb）增加10～20%，斷裂韌性（KIC）增加15～25%。為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種增韌Ti（C，N）基金屬陶瓷復合材料的制備工藝，包括以下步驟：步驟一、先將碳納米管放入輝光放電等離子爐中進行放電處理獲得改性后的碳納米管，放電氣體為氬氣、氮氣、氦氣中的至少一種，放電氣體壓力為小于1000Pa，工作電壓為500～800V，工作電流為0.3～1A，處理時間為30～120min；步驟二、將改性后的碳納米管放入極性溶劑中，此極性溶劑中放入1～5‰的山梨糖醇酐三硬脂酸酯作為表面分散劑，用超聲分散30～200s，使山梨糖醇酐三硬脂酸酯和改性后的碳納米管表面充分吸附，從而形成含碳納米管的溶劑；所述極性溶劑為乙二醇單丁醚或者乙二醇；步驟三、將充分分散的含碳納米管的溶劑與金屬陶瓷復合粉按照碳納米管在復合粉中含量0.25～6.0%比例配制形成混合物，將此混合物放入行星式球磨機中進行球磨形成球磨后混合料，球料比為5：1～8：1，液料比為300～500ml/Kg，球磨機轉速為180rpm，時間為24h；所述金屬陶瓷復合粉由以下重量份組分組成：Ti（C，N）40~65份、Ni粉22～32份、Mo粉12～18份、WC粉5～8份；步驟四、制好的球磨后混合料經干燥摻入成型劑后壓制成型毛坯，毛坯在真空燒結爐中燒結，真空燒結的真空度高于1.0×10-1Pa，燒結溫度1200～1360℃，保溫20h，燒結后即得到增韌Ti（C，N）基金屬陶瓷復合材料。上述技術方案中的有關內容解釋如下：1、上述方案中，所述放電氣體為氬氣，爐腔內氬氣壓力為80Pa。2、上述方案中，所述放電氣體為氬氣，氬氣純度≥99.0%。3、上述方案中，所述研磨介質為無水酒精或丙酮或正己烷。由于上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點：本發明增韌Ti（C，N）基金屬陶瓷復合材料的制備工藝，其碳納米管分散性明顯提高，使用經分散處理過的碳納米管增韌Ti（C，N）基金屬陶瓷，與沒有進行分散處理增韌Ti（C，N）基金屬陶瓷相比，其硬度增加0.1～0.3HRA，抗彎強度（σb）增加10～20%，斷裂韌性（KIC）增加15～25%，斷裂韌性對比如圖2所示；該材料不但具有較高的硬度、耐磨性、耐腐蝕性、優良的化學穩定性、與金屬間極低的親和力和摩擦系數等優點，而且也具有較高的強度和韌性，可用于制作礦用、鑿巖、挖掘工具、電動工具鋸齒等。與硬質合金相比，當用作礦用鉆頭時，其耐用度可以提高1倍以上；當用作電動工具鋸齒時，其使用壽命可提高2~4倍；另外，本發明的高強韌性Ti(C,N)基金屬陶瓷不含Co、含有少量的WC，其制造成本僅為性能相近的硬質合金的35-45%，具有極高的性價比。附圖說明附圖1為未經過發明處理的團聚的碳納米管的電鏡微觀圖；附圖2為本發明分散后的碳納米管的電鏡微觀圖；附圖3為本發明碳納米管分散前后含量與Ti（C，N）金屬陶瓷斷裂韌性對比圖。具體實施方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述：實施例1~4：一種增韌Ti（C，N）基金屬陶瓷復合材料的制備工藝，包括以下步驟：步驟一、先按比例稱取0.25～6.0%（重量比）的碳納米管放入輝光放電等離子爐中進行放電處理獲得改性后的碳納米管，放電氣體為氬氣、氮氣、氦氣中的至少一種，放電氣體壓力為小于1000Pa，工作電壓為500～800V，工作電流為0.3～1A，處理時間為30～120min；步驟二、將改性后的碳納米管放入極性溶劑中，此極性溶劑中放入1～5‰的山梨糖醇酐三硬脂酸酯作為表面分散劑，用超聲分散30～200s，使山梨糖醇酐三硬脂酸酯和改性后的碳納米管表面充分吸附，從而形成含碳納米管的溶劑；所述極性溶劑為乙二醇單丁醚或者乙二醇；步驟三、將充分分散的含碳納米管的溶劑與金屬陶瓷復合粉按照碳納米管在復合粉中含量0.25～6.0%重量比比例配制形成混合物，將此混合物放入行星式球磨機中進行球磨形成球磨后混合料，球料比為5：1～8：1，液料比為300～500ml/Kg，球磨機轉速為180rpm，時間為24h；所述金屬陶瓷復合粉由以下重量份組分組成，如表1所示；表1實施例1實施例2實施例3實施例4Ti（C，N）45份60份52份48份Ni粉25份30份28份32份Mo粉15份18份14份15份WC粉6份8份7份5份注：實施例1球料比為5：1，實施例2球料比為6：1，實施例3球料比為6：1，實施例4球料比為7：1；步驟四、制好的球磨后混合料經干燥摻入成型劑后壓制成型毛坯，毛坯在真空燒結爐中燒結，真空燒結的真空度高于1.0×10-1Pa，燒結溫度1200～1360℃，保溫20h，燒結后即得到增韌Ti（C，N）基金屬陶瓷復合材料。上述放電氣體為氬氣，爐腔內氬氣壓力為80Pa。上述放電氣體為氬氣，氬氣純度≥99.0%。上述研磨介質為無水酒精或丙酮或正己烷。本實施例進一步闡述如下：先按比例稱取2%（重量比）的碳納米管用等離子體進行表面改性處理，以增加碳納米管的表面活性位。改性處理在輝光放電等離子爐中進行，放電氣體為氬氣，在爐中充入氬氣，所用氬氣純度≥99.0%，氬氣壓力為80Pa，本發明充入爐腔內氬氣壓力為80Pa，工作電壓為700V，工作電流為0.5A，處理時間為60min。碳納米管表面改性處理完成后，將其放入極性溶劑乙二醇單丁醚中，溶劑中放入3‰的山梨糖醇酐三硬脂酸酯（span-65）作為表面分散劑，采用超聲分散60s，使分散劑在碳納米管表面充分吸附，通過添加的表面分散劑錨固基團吸附在固體顆粒表面，其溶劑化鏈在介質中伸展形成位阻層，充當穩定部分，阻礙顆粒的碰撞團聚和重力沉降，通過這種空間位租效應，使得碳納米管在溶劑中充分分散。將充分分散的含碳納米管溶劑加入按比例配制的金屬陶瓷復合粉中球磨，球磨在行星式球磨機中進行，球料比為5：1，研磨介質為無水酒精，液料比為400ml/Kg，球磨機轉速為180rpm，時間為24h。制好的混合料經干燥摻入成型劑后壓制成型毛坯，毛坯在真空燒結爐中燒結，真空燒結的真空度高于1.0×10-1Pa，燒結溫度1330℃，保溫20h。燒結后即得到致密的碳納米管分布均勻的增韌Ti（C，N）基金屬陶瓷復合材料。得到的碳納米管增韌Ti（C，N）基金屬陶瓷復合材料，其硬度提高0.2HRa，抗彎強度提高15%，斷裂韌性提高20%，具有明顯的增強增韌效果，且成本低廉，操作簡單，過程可控。采用上述增韌Ti（C，N）基金屬陶瓷復合材料的制備工藝時，其碳納米管分散性明顯提高，使用經分散處理過的碳納米管增韌Ti（C，N）基金屬陶瓷，與沒有進行分散處理增韌Ti（C，N）基金屬陶瓷相比，其硬度增加0.1～0.3HRA，抗彎強度（σb）增加10～20%，斷裂韌性（KIC）增加15～25%，斷裂韌性對比如圖2所示；該材料不但具有較高的硬度、耐磨性、耐腐蝕性、優良的化學穩定性、與金屬間極低的親和力和摩擦系數等優點，而且也具有較高的強度和韌性，可用于制作礦用、鑿巖、挖掘工具、電動工具鋸齒等。與硬質合金相比，當用作礦用鉆頭時，其耐用度可以提高1倍以上；當用作電動工具鋸齒時，其使用壽命可提高2~4倍；另外，本發明的高強韌性Ti(C,N)基金屬陶瓷不含Co、含有少量的WC，其制造成本僅為性能相近的硬質合金的35-45%，具有極高的性價比。上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。當前第1頁1 2 3