本發(fā)明涉及一種金屬陶瓷復(fù)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(fù)合材料的制備工藝。
背景技術(shù)：
：Ti（C，N）基金屬陶瓷由于具有較高的硬度、耐磨性、紅硬性、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、與金屬間極低的摩擦系數(shù)，而且還有一定的韌性和強(qiáng)度，如用作制備刀具，與常用的硬質(zhì)合金相比，與傳統(tǒng)的WC硬質(zhì)合金相比，Ti（C，N）基金屬陶瓷具有優(yōu)良的綜合性能，硬度與硬質(zhì)合金相同的情況下，密度只有硬質(zhì)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(chǎng)合下，可以成功地取代WC基硬質(zhì)合金，節(jié)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(yōu)點(diǎn)，但最大的弱點(diǎn)是脆性大，所以進(jìn)一步提高其斷裂韌性和抗彎強(qiáng)度仍是目前要解決的熱點(diǎn)問題。碳納米管由于具有眾多的優(yōu)異性能，對(duì)金屬基材料的強(qiáng)韌化作用具有較好的成果，使得金屬陶瓷的強(qiáng)度、韌性同時(shí)均得到提高。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供一種增韌Ti（C，N）基金屬陶瓷復(fù)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(fù)合材料硬度增加0.1～0.3HRA，抗彎強(qiáng)度（σb）增加10～20%，斷裂韌性（KIC）增加15～25%。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種增韌Ti（C，N）基金屬陶瓷復(fù)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(jìn)行放電處理獲得改性后的碳納米管，放電氣體為氬氣、氮?dú)?、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(shí)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(fù)合粉按照碳納米管在復(fù)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(jī)中進(jìn)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(jī)轉(zhuǎn)速為180rpm，時(shí)間為24h；所述金屬陶瓷復(fù)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(jīng)干燥摻入成型劑后壓制成型毛坯，毛坯在真空燒結(jié)爐中燒結(jié)，真空燒結(jié)的真空度高于1.0×10-1Pa，燒結(jié)溫度1200～1360℃，保溫20h，燒結(jié)后即得到增韌Ti（C，N）基金屬陶瓷復(fù)合材料。上述技術(shù)方案中的有關(guān)內(nèi)容解釋如下：1、上述方案中，所述放電氣體為氬氣，爐腔內(nèi)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(zhì)為無水酒精或丙酮或正己烷。由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明增韌Ti（C，N）基金屬陶瓷復(fù)合材料的制備工藝，其碳納米管分散性明顯提高，使用經(jīng)分散處理過的碳納米管增韌Ti（C，N）基金屬陶瓷，與沒有進(jìn)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(qiáng)度（σb）增加10～20%，斷裂韌性（KIC）增加15～25%，斷裂韌性對(duì)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(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、與金屬間極低的親和力和摩擦系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，而且也具有較高的強(qiáng)度和韌性，可用于制作礦用、鑿巖、挖掘工具、電動(dòng)工具鋸齒等。與硬質(zhì)合金相比，當(dāng)用作礦用鉆頭時(shí)，其耐用度可以提高1倍以上；當(dāng)用作電動(dòng)工具鋸齒時(shí)，其使用壽命可提高2~4倍；另外，本發(fā)明的高強(qiáng)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(zhì)合金的35-45%，具有極高的性價(jià)比。附圖說明附圖1為未經(jīng)過發(fā)明處理的團(tuán)聚的碳納米管的電鏡微觀圖；附圖2為本發(fā)明分散后的碳納米管的電鏡微觀圖；附圖3為本發(fā)明碳納米管分散前后含量與Ti（C，N）金屬陶瓷斷裂韌性對(duì)比圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：實(shí)施例1~4：一種增韌Ti（C，N）基金屬陶瓷復(fù)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(jìn)行放電處理獲得改性后的碳納米管，放電氣體為氬氣、氮?dú)?、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(shí)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(fù)合粉按照碳納米管在復(fù)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(jī)中進(jìn)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(jī)轉(zhuǎn)速為180rpm，時(shí)間為24h；所述金屬陶瓷復(fù)合粉由以下重量份組分組成，如表1所示；表1實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3實(shí)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(shí)施例1球料比為5：1，實(shí)施例2球料比為6：1，實(shí)施例3球料比為6：1，實(shí)施例4球料比為7：1；步驟四、制好的球磨后混合料經(jīng)干燥摻入成型劑后壓制成型毛坯，毛坯在真空燒結(jié)爐中燒結(jié)，真空燒結(jié)的真空度高于1.0×10-1Pa，燒結(jié)溫度1200～1360℃，保溫20h，燒結(jié)后即得到增韌Ti（C，N）基金屬陶瓷復(fù)合材料。上述放電氣體為氬氣，爐腔內(nèi)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(zhì)為無水酒精或丙酮或正己烷。本實(shí)施例進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(fā)明充入爐腔內(nèi)氬氣壓力為80Pa，工作電壓為700V，工作電流為0.5A，處理時(shí)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(tuán)吸附在固體顆粒表面，其溶劑化鏈在介質(zhì)中伸展形成位阻層，充當(dāng)穩(wěn)定部分，阻礙顆粒的碰撞團(tuán)聚和重力沉降，通過這種空間位租效應(yīng)，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(fù)合粉中球磨，球磨在行星式球磨機(jī)中進(jìn)行，球料比為5：1，研磨介質(zhì)為無水酒精，液料比為400ml/Kg，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為180rpm，時(shí)間為24h。制好的混合料經(jīng)干燥摻入成型劑后壓制成型毛坯，毛坯在真空燒結(jié)爐中燒結(jié)，真空燒結(jié)的真空度高于1.0×10-1Pa，燒結(jié)溫度1330℃，保溫20h。燒結(jié)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(fù)合材料。得到的碳納米管增韌Ti（C，N）基金屬陶瓷復(fù)合材料，其硬度提高0.2HRa，抗彎強(qiáng)度提高15%，斷裂韌性提高20%，具有明顯的增強(qiáng)增韌效果，且成本低廉，操作簡(jiǎn)單，過程可控。采用上述增韌Ti（C，N）基金屬陶瓷復(fù)合材料的制備工藝時(shí)，其碳納米管分散性明顯提高，使用經(jīng)分散處理過的碳納米管增韌Ti（C，N）基金屬陶瓷，與沒有進(jìn)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(qiáng)度（σb）增加10～20%，斷裂韌性（KIC）增加15～25%，斷裂韌性對(duì)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(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、與金屬間極低的親和力和摩擦系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，而且也具有較高的強(qiáng)度和韌性，可用于制作礦用、鑿巖、挖掘工具、電動(dòng)工具鋸齒等。與硬質(zhì)合金相比，當(dāng)用作礦用鉆頭時(shí)，其耐用度可以提高1倍以上；當(dāng)用作電動(dòng)工具鋸齒時(shí)，其使用壽命可提高2~4倍；另外，本發(fā)明的高強(qiáng)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(zhì)合金的35-45%，具有極高的性價(jià)比。上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3