TIC,N陶瓷的激光熔覆制备工艺.pdf

本发明涉及Ti(C,N)陶瓷的激光熔覆制备工艺，通过对激光制备出的陶瓷样品的性能的深入研究，激光的功率和扫描速度对材料的微观组织具有很大的影响，调整这两个因素，有可能获得良好的微观组织。另外，由于单相金属Mo具有提高金属相对硬质相的润湿性及抑制晶粒长大的作用，因此，在Ti(C,N)中添加适量的金属Mo，也有可能获得更好的内部组织。基于以上理论，本发明已经制备出了具有良好微观组织的Ti(C,N)陶瓷，有望改善Ti(C,N)陶瓷的制备方法。

权利要求书一种Ti(C,N)陶瓷的激光熔覆制备工艺，其特征在于步骤如下：
步骤1：将TiC粉末、TiN粉末和金属Mo粉按摩尔质量比(38~42):5:2均匀混合，并研磨1~2个小时；
步骤2：添加粘结剂继续研磨约半个小时，粘结剂含量为混合粉末总质量的2%；所述粘结剂成分为75.44wt%的石蜡PW，22.28wt%的乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物EVA和2.28wt%的钛酸酯TC；
步骤3：将研磨好的混合粉末以20~25Mpa的压强冷压成的圆柱形坯体，保压一分钟，然后坯体在烘箱中干燥4小时，干燥温度为90℃；
步骤4：将干燥后的坯体采用激光束进行烧结，激光功率分别为300W~700W；扫描速度分别为1mm/s~4mm/s，激光器工作行程为1~2cm，光斑直径1mm，烧结过程处于高纯Ar气的保护下。
根据权利要求1所述Ti(C,N)陶瓷的激光熔覆制备工艺，其特征在于：所述TiC粉末的纯度>99%，颗粒尺寸<8μm。
根据权利要求1所述Ti(C,N)陶瓷的激光熔覆制备工艺，其特征在于：所述TiN粉末纯度>99%,颗粒尺寸<5μm。
根据权利要求1所述Ti(C,N)陶瓷的激光熔覆制备工艺，其特征在于：所述金属Mo粉纯度>99.99%，颗粒尺寸<5μm。
根据权利要求1所述Ti(C,N)陶瓷的激光熔覆制备工艺，其特征在于：所述激光束烧结采用1000W CW Nd:YAG大功率连续固体激光器。

说明书Ti(C,N)陶瓷的激光熔覆制备工艺
技术领域
本发明属于耐高温陶瓷材料的技术领域，涉及一种Ti(C,N)陶瓷的激光熔覆制备工艺。具体是采用混料，压结成型，再对坯体进行激光烧结，制备具有良好耐高温性能的材料。
背景技术
Ti(C,N)基金属陶瓷由于具有较高的硬度，耐磨性，低的热膨胀系数以及优良的化学稳定性，成为一种极有潜力的材料，受到人们的广泛关注。它在生产生活中的应用主要有高精度的刀具模具，发动机，尾喷管等耐高温部件，机械零件的耐磨损包覆层等。
Ti(C,N)基金属陶瓷是一种在航空航天，机械加工领域有着广泛应用的陶瓷材料。工业中最常用的制备方法是使用高温炉进行烧结，但是这个方法通常耗时长，且消耗大量的能量。随着研究的深入,人们发现激光烧结比高温炉更加的优越。激光烧结能够进行三维的生长，可以加工制备出一些不规则的部件，制备周期也大大缩短。但激光烧结也有缺点，由于成型时间很短，材料的微观组织不如高温炉制备出的样品，致密度也略低。因此用激光烧结制备出具有良好微观组织的样品具有很高的实用价值。
由于使用高温炉制备陶瓷材料的工艺复杂，生产周期长，且成本很高，在实际生产中受到限制。各种陶瓷部件的形状趋于复杂化以及高能耗低效率的生产方式,传统的制备方法越来越不适合陶瓷的制备。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种Ti(C,N)陶瓷的激光熔覆制备工艺，提高陶瓷的制备效率，工艺较为简单且能极大缩短制备时间的制备方法。
技术方案
一种Ti(C,N)陶瓷的激光熔覆制备工艺，其特征在于步骤如下：
步骤1：将TiC粉末、TiN粉末和金属Mo粉按摩尔质量比(38~42):5:2均匀混合，并研磨1~2个小时；
步骤2：添加粘结剂继续研磨约半个小时，粘结剂含量为混合粉末总质量的2%；所述粘结剂成分为75.44wt%的石蜡PW，22.28wt%的乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物EVA和2.28wt%的钛酸酯TC；
步骤3：将研磨好的混合粉末以20~25Mpa的压强冷压成的圆柱形坯体，保压一分钟，然后坯体在烘箱中干燥4小时，干燥温度为90℃；
步骤4：将干燥后的坯体采用激光束进行烧结，激光功率分别为300W~700W；扫描速度分别为1mm/s~4mm/s，激光器工作行程为1~2cm，光斑直径1mm，烧结过程处于高纯Ar气的保护下。
所述TiC粉末的纯度>99%，颗粒尺寸<8μm。
所述TiN粉末纯度>99%,颗粒尺寸<5μm。
所述金属Mo粉纯度>99.99%，颗粒尺寸<5μm。
所述激光束烧结采用1000W CW Nd:YAG大功率连续固体激光器。
有益效果
本发明提供的Ti(C,N)陶瓷的激光熔覆制备工艺，通过对激光制备出的陶瓷样品的性能的深入研究，激光的功率和扫描速度对材料的微观组织具有很大的影响，调整这两个因素，有可能获得良好的微观组织。另外，由于单相金属Mo具有提高金属相对硬质相的润湿性及抑制晶粒长大的作用，因此，在Ti(C,N)中添加适量的金属Mo，也有可能获得更好的内部组织。基于以上理论，本发明已经制备出了具有良好微观组织的Ti(C,N)陶瓷，有望改善Ti(C,N)陶瓷的制备方法。
激光烧结可以极大地缩短Ti(C,N)陶瓷的制备周期，降低能耗，减少生产成本。通过掺杂或是调整激光功率和扫描速度，有可能获得良好的内部组织，得到具有良好性能的陶瓷样品。激光烧结可以提高生产的效率，也能制备出形状较为复杂的零件，适合现在的大规模生产。通过激光烧结得到的陶瓷样品其微观组织更加多样化。陶瓷的性能很大程度上取决于晶粒的大小,而晶粒的大小随着激光能量密度的增大呈现出先减小后增大的趋势,能量密度则取决于激光的功率和扫描速度，因此可以根据激光功率和扫描速度来制备Ti(C,N)陶瓷。这为Ti(C,N)陶瓷在耐高温材料领域得到广泛应用提供了可能。
附图说明
图1：是本发明得到的不同激光功率下Ti(C,N)陶瓷的微观组织
(a)P=300W；(b)P=400W；(c)P=500W；(d)P=600W；(e)P=700W；
图2：是本发明得到的陶瓷样品的XRD图。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
实施例1
①将TiC粉末(纯度>99%，颗粒尺寸<8μm)和TiN粉末(纯度>99%,颗粒尺寸<5μm)以及金属Mo粉(纯度>99.99%，颗粒尺寸<5μm)按摩尔质量比38:5:2混合，并研磨1个小时至混合均匀。②在混合粉末中添加粘结剂，粘结剂成分为石蜡（PW）75.44wt%，乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物（EVA）22.28wt%，钛酸酯（TC）2.28wt%，粘结剂含量为混合粉末总质量的2%，继续研磨半个小时。③将研磨好的混合粉末以20Mpa的压强冷压成的圆柱形坯体，保压一分钟，坯体在烘箱中干燥4小时，干燥温度为90℃。④然后将干燥过的坯体置于工作台上，用激光束（1000W CWNd:YAG大功率连续固体激光器）进行烧结,激光功率为400W,扫描速度为2mm/s。⑤实验测得陶瓷颗粒大小约为3μm。
实施例2
①将TiC粉末(纯度>99%，颗粒尺寸<8μm)和TiN粉末(纯度>99%,颗粒尺寸<5μm)以及金属Mo粉(纯度>99.99%，颗粒尺寸<5μm)按摩尔质量比40:5:2混合，并研磨1.5个小时至混合均匀。②在混合粉末中添加粘结剂，粘结剂成分为石蜡（PW）75.44wt%，乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物（EVA）22.28wt%，钛酸酯（TC）2.28wt%，粘结剂含量为混合粉末总质量的2%，继续研磨半个小时。③将研磨好的混合粉末以20Mpa的压强冷压成的圆柱形坯体，保压一分钟，坯体在烘箱中干燥4小时，干燥温度为90℃。④然后将干燥过的坯体置于工作台上，用激光束（1000W CWNd:YAG大功率连续固体激光器）进行烧结,激光功率为500W,扫描速度为2mm/s。⑤实验测得陶瓷颗粒大小约为1μm。
实施例3
①将TiC粉末(纯度>99%，颗粒尺寸<8μm)和TiN粉末(纯度>99%,颗粒尺寸<5μm)以及金属Mo粉(纯度>99.99%，颗粒尺寸<5μm)按摩尔质量比42:5:2混合，并研磨2个小时至混合均匀。②在混合粉末中添加粘结剂，粘结剂成分为石蜡（PW）75.44wt%，乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物（EVA）22.28wt%，钛酸酯（TC）2.28wt%，粘结剂含量为混合粉末总质量的2%，继续研磨半个小时。③将研磨好的混合粉末以25Mpa的压强冷压成的圆柱形坯体，保压一分钟，坯体在烘箱中干燥4小时，干燥温度为90℃。④然后将干燥过的坯体置于工作台上，用激光束（1000W CWNd:YAG大功率连续固体激光器）进行烧结,激光功率为600W,扫描速度为1mm/s。⑤实验测得陶瓷颗粒大小约为6μm。