【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及粉末冶金领域，具体涉及一种高强高硬高熵金属陶瓷及其制备方法。
技术介绍
1、随着各行各业的产能不断升级迭代，人们对金属陶瓷材料的综合机械性能要求越来越高，对材料的研究更加深入且多元化。ti(c,n)基金属陶瓷作为wc-co硬质合金的替代品，其具有优异的硬度和耐磨性，但其强度和韧性较低。高熵合金具有比吉布斯相规则预测的更低相数，并且具有高稳定性的单相结构，重要的是，高熵合金具有四大效应：(1)高熵效应，(2)晶格畸变效应，(3)迟滞扩散效应，((4)鸡尾酒效应，通过优化元素及其比例，可以获得优异的性能。高熵陶瓷的概念由高熵合金衍生而来，高熵陶瓷比传统陶瓷具有更优异的性能。
2、传统ti(c,n)大多以co/ni为金属陶瓷的粘结相，随着高熵合金的出现，开展了以高熵合金作为粘结相的研究工作。专利申请cn109022990a公开了一种基于高熵合金为粘结相的ti(c,n)基金属陶瓷，该金属陶瓷以高熵合金conifecumn为粘结相，ti(c,n)固溶体为硬质相，制备时将原料粉球磨混合，压制后进行微波烧结，1400～1500℃烧结10～30min。专利申请cn11850373a公开了一种高熵环相结构的ti(c,n)基金属陶瓷，其环相结构为(ti,m)(c,n)固溶体(m选自w、mo、ta、nb、hf、v、zr中的至少三种，且包含w和mo)，球磨粉末混合压制获得生坯，在氩气与氮气的混合气氛于1300～1350℃保温2～5h，其中氮气分压为500～1000pa，，随后在真空环境下(真空度为5～100pa)升温至烧结温度
3、从以上研究可知，目前已有的文献与专利，仅涉及以高熵合金为粘结相，而以高熵陶瓷为硬质相、且以高熵合金为粘结相的ti(c,n)基金属陶瓷还未见报道。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了克服现有ti(c,n)基金属陶瓷强度和硬度的不足问题，提出一种高强高硬高熵金属陶瓷及其制备方法。
2、本专利技术以高熵金属陶瓷(tia,wb,moc,nbd,tae)(cx,n1-x)为硬质相、且以高熵合金feconi(mow)y为粘结相，其中0.2≤x≤0.8，ti的含量范围0.2≤a≤0.8，w、mo、nb、ta的含量范围为0.1≤(b，c，d，e)≤0.3，feconi(mow)y的含量范围0.2≤y≤1；利用高熵合金与高熵陶瓷的高构型熵来降低烧结温度，同时利用高熵效应以提高金属陶瓷的强度和硬度。该高熵ti(c,n)基金属陶瓷含有特定成分，但其成分即各元素含量是可变的。
3、具体方案如下：
4、一种高强高硬高熵金属陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
5、s1、获得(tia,wb,moc,nbd,tae)(cx,n1-x)陶瓷粉末，其中0.2≤a≤0.8，0.1≤(b，c，d，e)≤0.3，0.2≤x≤0.8；
6、s2、向所述陶瓷粉末中加入feconi(mow)y粉末，0.2≤y≤1，进行球磨混合，得到混合粉末；
7、s3、将所述混合粉末进行过筛、干燥后，压制成粗胚，在1200～1800℃进行真空烧结，得到高熵金属陶瓷。
8、进一步地，s1中所述(tia,wb,moc,nbd,tae)(cx,n1-x)陶瓷粉末制备方法为：将tio2、wo3、moo3、nb2o5、ta2o5和炭黑按照摩尔比混合后，进行球磨，过筛干燥后，经过碳热氮化还原得到所述陶瓷粉末。
9、进一步地，所述碳热氮化还原反应的还原温度为1300℃～1900℃，氮气分压为1～8kpa，反应时间为1～6h。
10、进一步地，s2中feconi(mow)y粉末加入的质量比例为5％～35％。
11、进一步地，s1、s2中采用球磨混合球磨工艺为球料质量比5:1～30：1球磨转速50～500rpm/min、球磨时间2～96h。
12、s3中混合粉末过筛、干燥，将球磨混合后的粉末通过20～300目筛进行筛分，并置于真空干燥箱中，在50～100℃下干燥2～10h。
13、进一步地，s3中压制是在100～300mpa的压强下，将干燥后的粉末压制成型；
14、任选的，s3中烧结的工艺包括：以2～10℃/min的升温速率升温至1200～1800℃，在真空或氮气、氢气、氨气、氩气气氛下，烧结30～300min。
15、本专利技术还保护所述高强高硬高熵金属陶瓷的制备方法制备得到的高强高硬高熵金属陶瓷，其特征在于：所述高强高硬高熵金属陶瓷以(tia,wb,moc,nbd,tae)(cx,n1-x)做硬质相，feconi(mow)y做粘结相，其中0.2≤x≤0.8，0.2≤a≤0.8，0.1≤(b，c，d，e)≤0.3，0.2≤y≤1。
16、进一步地，所述高强高硬高熵金属陶瓷硬度为1500～2500hv，抗弯强度为1200～2000mpa。
17、有益效果：本专利技术的高熵金属陶瓷用高熵合金做粘结相，高熵合金将多主元按等摩尔或近等摩尔比例进行固溶，高的构型熵有利于单相固溶体的形成，通过多组元协同作用提高材料的机械性能，如材料的强度和硬度。
18、进一步地，由于高熵合金是由多种元素相互固溶而成，而每种元素的原子尺寸各不相同，这会使高熵合金内部晶格发生严重晶格畸变，原子尺寸相差越大，晶格畸变越严重。严重的晶格畸变会降低材料的x-ray衍射峰的强度，增加材料的强度。
19、再则，高熵合金具有比吉布斯相规则预测的更低的相数，并且具有高稳定性的单相结构。重要的是，通过优化元素及其比例，可以确定合金中形成的相是非晶相、金属间化合物还是固溶体。可以从混合焓、电负性差、价电子浓度和原子尺寸差的角度预测相稳定性的影响因素。这些热力学、物理和化学参数的值将决定形成简单的固溶体而不是非晶相或金属间化合物。固溶体中元素的不同性质导致严重的晶格畸变，这将增加材料的机械效应，提高材料的强度。
20、最后，本专利技术以高熵feconi(mow)y合金为粘结相，其中合金粉中的w可以提高整体的硬度，而mo则使得烧结时不同材料之间的润湿性提高，进而获得更好的抗弯强度，韧性明显提升。
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1.一种高强高硬高熵金属陶瓷的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述高强高硬高熵金属陶瓷的制备方法，其特征在于：S1中所述(Tia,Wb,Moc,Nbd,Tae)(Cx,N1-x)陶瓷粉末制备方法为：将TiO2、WO3、MoO3、Nb2O5、Ta2O5和炭黑按照摩尔比混合后，进行球磨，过筛干燥后，经过碳热氮化还原得到所述陶瓷粉末。
3.根据权利要求2所述高强高硬高熵金属陶瓷的制备方法，其特征在于：所述碳热氮化还原反应的还原温度为1300℃～1900℃，氮气分压为1～8KPa，反应时间为1～6h。
4.根据权利要求3所述高强高硬高熵金属陶瓷的制备方法，其特征在于：S2中FeCoNi(MoW)y粉末加入的质量比例为5％～35％。
5.根据权利要求2或3所述高强高硬高熵金属陶瓷的制备方法，其特征在于：S1、S2中采用球磨混合球磨工艺为球料质量比5:1～30：球磨转速50～500rpm/min、球磨时间2～96h。
6.根据权利要求1-3任一项所述高强高硬高熵金属陶瓷的制备方法，其特征在于：S3中混合粉末过
7.根据权利要求1-3任一项所述高强高硬高熵金属陶瓷的制备方法，其特征在于：S3中压制是在100～300MPa的压强下，将干燥后的粉末压制成型；
8.权利要求1-7任一项所述高强高硬高熵金属陶瓷的制备方法制备得到的高强高硬高熵金属陶瓷，其特征在于：所述高强高硬高熵金属陶瓷以(Tia,Wb,Moc,Nbd,Tae)(Cx,N1-x)做硬质相，FeCoNi(MoW)y做粘结相，其中0.2≤x≤0.8，0.2≤a≤0.8，0.1≤(b，c，d，e)≤0.3，0.2≤y≤1。
9.根据权利要求8所述高强高硬高熵金属陶瓷，其特征在于：所述高强高硬高熵金属陶瓷硬度为1500～2500HV，抗弯强度为1200～2000MPa。
...【技术特征摘要】
1.一种高强高硬高熵金属陶瓷的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述高强高硬高熵金属陶瓷的制备方法，其特征在于：s1中所述(tia,wb,moc,nbd,tae)(cx,n1-x)陶瓷粉末制备方法为：将tio2、wo3、moo3、nb2o5、ta2o5和炭黑按照摩尔比混合后，进行球磨，过筛干燥后，经过碳热氮化还原得到所述陶瓷粉末。
3.根据权利要求2所述高强高硬高熵金属陶瓷的制备方法，其特征在于：所述碳热氮化还原反应的还原温度为1300℃～1900℃，氮气分压为1～8kpa，反应时间为1～6h。
4.根据权利要求3所述高强高硬高熵金属陶瓷的制备方法，其特征在于：s2中feconi(mow)y粉末加入的质量比例为5％～35％。
5.根据权利要求2或3所述高强高硬高熵金属陶瓷的制备方法，其特征在于：s1、s2中采用球磨混合球磨工艺为球料质量比5:1～30：球磨转速50～500rpm/min、球磨时间2～9...
【专利技术属性】
技术研发人员：张厚安，夏鹏，古思勇，廉冀琼，杨益航，麻季冬，张云浩，蓝源飞，
申请(专利权)人：厦门理工学院，
类型：发明
国别省市：
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