碳化钛基金属陶瓷及其制备方法和应用

技术领域

本申请涉及陶瓷技术领域，特别是涉及一种碳化钛基金属陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

碳化钛基金属陶瓷是以高硬度难熔的碳化钛及粘结金属(钴、镍或钼等)通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料，其具有很高的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性，被誉为“工业牙齿”。碳化钛基金属陶瓷是制造切削刀具、钻具和耐磨零部件的主要材料，广泛应用于机械加工、冶金、石油钻井、矿山工具、工程建筑等领域。随着碳化钛基金属陶瓷应用需求的不断扩大，对碳化钛基金属陶瓷的性能也提出了更高的要求，如何提高碳化钛基金属陶瓷材料的性能，是影响碳化钛基金属陶瓷应用的关键。

发明内容

基于此，有必要提供一种碳化钛基金属陶瓷及其制备方法和应用，以提高碳化钛基金属陶瓷的强度、硬度和耐磨损性能。

本申请的第一方面提供一种碳化钛基金属陶瓷，所述碳化钛基金属陶瓷的原料以重量百分比计包括以下组分：石墨烯0.05％～1％、合金钢8％～20％和碳化钛79％～91.95％；所述合金钢中非铁金属元素的质量百分含量为22.4％～51.4％，所述非铁金属包括W、Cr、Mo、V、Co、Ni和Mn中的一种或多种。

在一些实施方式中，合金钢中碳元素的质量百分含量为1.2％～1.8％。

在一些实施方式中，所述碳化钛的制备方法包括以下步骤：

对钛粉进行球磨处理；

采用离子渗碳法对球磨后的钛粉进行渗碳处理。

在一些实施方式中，所述渗碳处理在含有氢气和碳源的气氛中进行，所述渗碳处理的工艺条件包括：渗碳温度为800℃～1000℃，渗碳时间为1h～8h。

在一些实施方式中，所述钛粉的粒径为0.1μm～5μm。

在一些实施方式中，所述碳源包括甲烷、乙炔、丙烷、丁烷和一氧化碳中的一种或多种。

在一些实施方式中，所述氢气和所述碳源的气体流量比为(3～9)：1。

在一些实施方式中，所述合金钢包括以下重量百分比的各成分：C：1.2％～1.8％、W：5％～13.5％、Cr：4％～8.4％、Mo：4％～8.4％、V：3％～6.5％、Co：4.2％～8％、Ni：2％～6％、Si：0.2％～0.8％、Mn：0.2％～0.6％、P：0～0.035％、S：0～0.035％、Fe：45.93％～76.2％。

在一些实施方式中，所述合金钢的粒径为0.1μm～100μm。

在一些实施方式中，所述石墨烯的片径为200nm～5μm。

本申请的第二方面提供一种上述碳化钛基金属陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

将含有所述石墨烯的浆料、所述合金钢和所述碳化钛混合；

将得到的混合物料与第一溶剂混合，去除溶剂，得到混合粉体；

对所述混合粉体进行加热处理；

对加热处理后的所述混合粉体进行热等静压处理。

在一些实施方式中，所述第一溶剂包括水和乙醇中的一种或多种。

在一些实施方式中，含有所述石墨烯的浆料包括以下重量百分比的原料：第二溶剂70％～96.5％、所述石墨烯3％～25％、分散剂0.5％～5％。

在一些实施方式中，所述第二溶剂包括水和乙醇中的一种或多种。

在一些实施方式中，所述分散剂包括聚乙二醇、聚乙烯醇和聚丙烯酸铵中的一种或多种。

在一些实施方式中，对所述混合粉体进行加热处理包括以下步骤：将所述混合粉体置于真空度低于1×10

本申请的第三方面提供一种如上述碳化钛基金属陶瓷或上述制备方法制得的碳化钛基金属陶瓷在耐磨产品中的应用。

与传统技术相比，上述碳化钛基金属陶瓷及其制备方法和应用至少具有如下优点：

上述碳化钛基金属陶瓷中的石墨烯能够起到增强增韧、润滑以及降低摩擦系数的作用，合金钢用于提高碳化钛基金属陶瓷的致密性，将石墨烯、合金钢和碳化钛配合使用，能够提高碳化钛基金属陶瓷的硬度、强度和耐磨性能。

附图说明

图1为本申请实施例1～2及对比例3～4制备的碳化钛的SEM图。

图2为本申请实施例1～2制备的合金钢粉的SEM图。

图3为本申请实施例实施例1～2中石墨烯的SEM图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将对本申请进行更全面的描述。具体实施例中给出了本申请的较佳实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本申请中术语“多种”的含义是至少两种，例如两种，三种等，除非另有明确具体的限定。

本申请中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。

本申请一实施方式提供一种碳化钛基金属陶瓷，该碳化钛基金属陶瓷的原料以重量百分比计包括以下组分：石墨烯0.05％～1％、合金钢8％～20％和碳化钛79％～91.95％；合金钢中非铁金属元素的质量百分含量为22.4％～51.4％，非铁金属元素包括W、Cr、Mo、V、Co、Ni和Mn中的一种或多种。

石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，独特的二维蜂窝晶体结构和极高的键强度使石墨烯成为最薄却最坚硬的纳米材料。石墨烯的杨氏模量约为1100GPa，断裂强度约为130Gpa，远高于普通陶瓷材料。上述石墨烯在碳化钛基金属陶瓷中能够起到增强增韧、润滑以及降低摩擦系数的作用，上述石墨烯具有超高强度和韧性以及润滑作用，上述合金钢用于提高碳化钛基金属陶瓷的致密性，将石墨烯与合金钢、碳化钛配合使用，能够提高碳化钛基金属陶瓷的硬度、强度和耐磨性能。

可理解，碳化钛基金属陶瓷的原料以重量百分比计例如可以包括以下组分：石墨烯0.05％、合金钢8％和碳化钛91.95％，或者可以包括：石墨烯0.1％、合金钢9％和碳化钛90.9％，或者可以包括：石墨烯0.2％、合金钢12％和碳化钛87.8％，或者可以包括：石墨烯0.4％、合金钢14％和碳化钛85.6％，或者可以包括：石墨烯0.6％、合金钢16％和碳化钛83.4％，或者可以包括：石墨烯0.8％、合金钢18％和碳化钛81.2％，或者可以包括：石墨烯1％、合金钢20％和碳化钛79％等。合金钢中非铁金属元素的质量百分含量例如可以是22.4％、30％、40％或51.4％等。

在一些实施方式中，合金钢中碳元素的质量百分含量为1.2％～1.8％。可理解，合金钢中碳元素的质量百分含量例如可以是1.2％、1.4％、1.6％或1.8％等。

在一些实施方式中，碳化钛的制备方法包括以下步骤：

对钛粉进行球磨处理；

采用离子渗碳法对球磨后的钛粉进行渗碳处理。

需要说明的是，传统的碳化钛基金属陶瓷由两部分组成：一部分是硬化相，另一部分是粘结金属。碳化钛基金属陶瓷所选用的碳化钛原料粉末粒度及纯度要求很高，传统碳化钛以海绵钛和炭黑为原料，经高温加热反应制成，但该制备工艺较复杂，能耗较高，并且制得的碳化钛颗粒不规则，容易存在杂质。上述碳化钛的制备方法中首先对钛粉进行球磨处理来提高钛粉的表面粗糙度，以便对球磨后的钛粉进行渗碳处理，制备的碳化钛纯度较高、粒径比较均匀且球形度较好。并且采用离子渗碳法制备的碳化钛能够进一步提高碳化钛基金属陶瓷的硬度、强度和耐磨性能。具体地，球磨处理的时间为2h～16h，球磨处理的转速为100转/分钟～450转/分钟。球磨处理的时间例如可以是2h、4h、6h、8h、10h、12h、14h或16h等，球磨处理的转速例如可以是100转/分钟、200转/分钟、300转/分钟、400转/分钟或450转/分钟等。

在一些实施方式中，渗碳处理在含有氢气和碳源的气氛中进行，渗碳处理的工艺条件包括：渗碳温度为800℃～1000℃，渗碳时间为1h～8h。可理解，渗碳温度可以是800℃～1000℃之间的任意值，例如可以是800℃、850℃、900℃、950℃或1000℃等，渗碳时间可以是1h～8h之间的任意值，例如可以是1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h或10h等。

在一些实施方式中，钛粉的粒径为0.1μm～5μm。需要说明的是，钛粉可以使用工业上常用的钛粉，钛粉的粒径可以是0.1μm、0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm或5μm，钛粉的粒径还可以是0.1μm～5μm之间的其他值。

在一些实施方式中，碳源包括甲烷、乙炔、丙烷、丁烷和一氧化碳中的一种或多种。

在一些实施方式中，氢气和碳源的气体流量比为(3～9)：1。可理解，氢气和碳源的气体流量比例如可以是3：1、5：1、7：1或9：1等。

在一些实施方式中，合金钢包括以下重量百分比的各成分：C：1.2％～1.8％、W：5％～13.5％、Cr：4％～8.4％、Mo：4％～8.4％、V：3％～6.5％、Co：4.2％～8％、Ni：2％～6％、Si：0.2％～0.8％、Mn：0.2％～0.6％、P：0～0.035％、S：0～0.035％、Fe：45.93％～76.2％。

碳化钛基金属陶瓷使用的传统粘结金属是铁族金属，例如钴和镍。镍的韧性及耐腐蚀性能较高，硬度较低，用镍做粘结金属能够使碳化钛基金属陶瓷的抗弯强度较高，但碳化钛与镍之间的硬度差过大，导致在磨损条件下碳化钛基金属陶瓷中的碳化钛颗粒容易剥落，因此磨损性能较低。钴的硬度较高，韧性较低，容易开裂，耐腐蚀性能较低，用钴做粘结金属使碳化钛基金属陶瓷的抗弯强度明显降低，长期使用碳化钛基金属陶瓷，其耐腐蚀性能则变差。而本技术方案中，上述合金钢中的各原料组成能够使碳化钛基金属陶瓷更加致密并具有可观的强韧性，从而将其与石墨烯、碳化钛配合使用能够进一步提高碳化钛基金属陶瓷的强度、硬度和磨损性能。

可理解，合金钢例如可以包括以下重量百分比的各成分：C：1.2％、W：5％、Cr：6％、Mo：6％、V：3％、Co：8％、Ni：2％、Si：0.2％、Mn：0.2％、P：0.01％、S：0.01％、Fe：68.38％，或者可以包括：C：1.6％、W：5％、Cr：4％、Mo：4％、V：3.5％、Co：5％、Ni：6％、Si：0.4％、Mn：0.5％、P：0.03％、S：0.03％、Fe：69.94％，或者可以包括：C：1.8％、W：13.5％、Cr：8.4％、Mo：8.4％、V：6.5％、Co：8％、Ni：6％、Si：0.8％、Mn：0.6％、P：0.035％、S：0.035％、Fe：45.93％，或者可以包括：C：1.2％、W：5％、Cr：4％、Mo：4％、V：3％、Co：4.2％、Ni：2％、Si：0.2％、Mn：0.2％、Fe：76.2％，或者可以包括：C：1.5％、W：9％、Cr：7％、Mo：7％、V：5％、Co：6％、Ni：4％、Si：0.6％、Mn：0.4％、P：0.02％、S：0.02％、Fe：59.46％等。上述合金钢采用熔炼喷雾法制备成粉末状，其工艺条件可以使用本领域常用的合金钢的制备工艺条件，本申请没有特别的限制。

在一些实施方式中，合金钢的粒径为0.1μm～100μm。可理解，合金钢的粒径例如可以是0.1μm、0.5μm、1μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm等。

在一些实施方式中，石墨烯的片径为200nm～5μm。可理解，石墨烯的粒径可以是200nm、400nm、600nm、800nm、1μm、2μm、3μm、4μm或5μm，还可以是200nm～5μm之间的其他值。

本申请另一实施方式提供一种上述碳化钛基金属陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

将含有石墨烯的浆料、合金钢和碳化钛混合；

将得到的混合物料与第一溶剂混合，去除溶剂，得到混合粉体；

对混合粉体进行加热处理；

对加热处理后的混合粉体进行热等静压处理。

上述碳化钛基金属陶瓷的制备方法中，将含有石墨烯的浆料、合金钢和碳化钛首先进行初步混合，然后加入第一溶剂进行二次混合，使得石墨烯、合金钢和碳化钛充分混合均匀，对混合粉体进行热等静压处理能够将混合粉体压制成型。上述石墨烯具有超高强度、韧性以及润滑作用，将其与合金钢、碳化钛配合使用，能够提高碳化钛基金属陶瓷的硬度、强度和耐磨性能。第一溶剂包括乙醇和水中的一种或多种，优选为乙醇。

在一些实施方式中，含有石墨烯的浆料包括以下重量百分比的原料：第二溶剂70％～96.5％、石墨烯3％～25％、分散剂0.5％～5％。可理解，含有石墨烯的浆料例如可以包括以下重量百分比的原料：第二溶剂96.5％、石墨烯3％、分散剂0.5％，或者可以包括以下重量百分比的原料：第二溶剂90％、石墨烯8％、分散剂2％，或者可以包括以下重量百分比的原料：第二溶剂80％、石墨烯17％、分散剂3％，或者可以包括以下重量百分比的原料：第二溶剂70％、石墨烯25％、分散剂5％。

在一些实施方式中，第二溶剂包括水和乙醇中的一种或多种。

在一些实施方式中，分散剂包括聚乙二醇、聚乙烯醇和聚丙烯酸铵中的一种或多种。

在一些实施方式中，对混合粉体进行加热处理包括以下步骤：将混合粉体置于真空度低于1×10

可理解，上述真空度例如可以是0.1×10

本申请又一实施方式提供一种上述碳化钛基金属陶瓷或上述制备方法制得的碳化钛基金属陶瓷在制备耐磨产品中的应用。

上述耐磨产品可以包括但不限于是各种切削刀具、钻具、钻头、拉丝模具、挤压模具、机械密封环、斗齿、齿轮等耐磨耐腐蚀部件，或者轴瓦、法兰、阀门、阀座、推杆、摇臂、偏心轴轮、热喷嘴、活塞环柱塞等耐磨耐高温部件。

以下为具体实施例。以下实施例和对比例中所用的实验原料均可从市场上购买或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备得到。

实施例1

(1)合金钢粉

合金钢粉由熔炼喷雾法制成，合金钢粉包括以下重量百分比的各成分：C：1.46％、W：10.4％、Cr：6.2％、Mo：6％、V：4.2％、Co：5.8％、Ni：4％、Si：0.6％、Mn：0.3％、P：0.03％、S：0.03％、Fe：60.98％。合金钢粉的粒径为0.1μm～100μm。

(2)碳化钛以工业纯钛粉为原料制备，工业纯钛粉的粒径为0.1μm～5μm。

(3)石墨烯浆体由以下重量百分比的原料制成：溶剂93％、石墨烯粉5％、分散剂2％，其中，溶剂为无水乙醇，分散剂为聚乙二醇。

(4)碳化钛基金属陶瓷的制备方法包括以下步骤：

S1.将纯钛粉放入行星球磨机中球磨8h，行星球磨机的转速为300转/分钟，纯钛粉和磨球的质量比为8：1，磨球采用为GCr15轴承钢球材料制成，磨球的尺寸为2mm、5mm、8mm、10mm，各尺寸的磨球等质量比使用，将球磨后得到的纯钛粉放入离子渗碳炉中进行离子渗碳处理，制得碳化钛，渗碳处理的工艺条件包括：渗碳温度为900℃，渗碳时间为2h，渗碳气氛为氢气和丙烷，氢气和丙烷的气体流量比为3：1；

S2.合金钢粉的质量、石墨烯粉的质量、碳化钛的质量分别占合金钢粉、石墨烯粉与步骤S1制得的碳化钛的总质量的百分比为12％、0.5％、87.5％，将合金钢粉、石墨烯浆体与步骤S1制得的碳化钛放入混粉机中混合8h，将混合后的物料倒入装有无水乙醇的容器中机械搅拌4h，然后升温至60℃，继续搅拌直至半干状态，放入烘干箱烘干，制得混合粉体；

S3.将混合粉体放入钛合金制的包套中，抽真空使真空度低于1×10

S4.机加工，去除包套。

实施例2

(1)合金钢粉

合金钢粉由熔炼喷雾法制成，合金钢粉包括以下重量百分比的各成分：C：1.46％、W：10.4％、Cr：6.2％、Mo：6％、V：4.2％、Co：5.8％、Ni：4％、Si：0.6％、Mn：0.3％、P：0.03％、S：0.03％、Fe：60.98％。合金钢粉的粒径为0.1μm～100μm。

(2)碳化钛以工业纯钛粉为原料制备，工业纯钛粉的粒径为0.1μm～5μm。

(3)石墨烯浆体由以下重量百分比的原料制成：溶剂93％、石墨烯粉5％、分散剂2％，其中，溶剂为无水乙醇，分散剂为聚乙二醇。

(4)碳化钛基金属陶瓷的制备方法包括以下步骤：

S1.将纯钛粉放入行星球磨机中球磨8h，行星球磨机的转速为300转/分钟，纯钛粉和磨球的质量比为8：1，磨球采用为GCr15轴承钢球材料制成，磨球的尺寸为2mm、5mm、8mm、10mm，各尺寸的磨球等质量比使用，将球磨后得到的纯钛粉放入离子渗碳炉中进行离子渗碳处理，制得碳化钛，渗碳处理的工艺条件包括：渗碳温度为900℃，渗碳时间为2h，渗碳气氛为氢气和丙烷，氢气和丙烷的气体流量比为3：1；

S2.合金钢粉的质量、石墨烯粉的质量、碳化钛的质量分别占合金钢粉、石墨烯粉与步骤S1制得的碳化钛的总质量的百分比为17％、0.5％、82.5％，将合金钢粉、石墨烯浆体与步骤S1制得的碳化钛放入混粉机中混合8h，将混合后的物料倒入装有无水乙醇的容器中机械搅拌4h，然后升温至60℃，继续搅拌直至半干状态，放入烘干箱烘干，制得混合粉体；

S3.将混合粉体放入钛合金制的包套中，抽真空使真空度低于1×10

S4.机加工，去除包套。

实施例3

基本同实施例1，区别在于：合金钢粉包括以下重量百分比的各成分：C：1.2％、W：5％、Cr：6％、Mo：6％、V：3％、Co：8％、Ni：2％、Si：0.2％、Mn：0.2％、P：0.01％、S：0.01％、Fe：68.38％。

实施例4

基本同实施例1，区别在于：合金钢粉包括以下重量百分比的各成分：C：1.8％、W：13.5％、Cr：8.4％、Mo：8.4％、V：6.5％、Co：8％、Ni：6％、Si：0.8％、Mn：0.6％、P：0.035％、S：0.035％、Fe：45.93％。

碳化钛基金属陶瓷的制备方法的步骤S2中：合金钢粉的质量、石墨烯粉的质量、碳化钛的质量分别占合金钢粉、石墨烯粉与步骤S1制得的碳化钛的总质量的百分比为8％、0.05％、91.5％。

实施例5

基本同实施例1，区别在于：合金钢粉包括以下重量百分比的各成分：C：1.2％、W：5％、Cr：4％、Mo：4％、V：3％、Co：4.2％、Ni：2％、Si：0.2％、Mn：0.2％、Fe：76.2％。

碳化钛基金属陶瓷的制备方法的步骤S2中：合金钢粉的质量、石墨烯粉的质量、碳化钛的质量分别占合金钢粉、石墨烯粉与步骤S1制得的碳化钛的总质量的百分比为20％、1％、79％。

实施例6

基本同实施例1，区别在于：合金钢粉包括以下重量百分比的各成分：C：1.46％、W：14％、Cr：8.9％、Mo：2.7％、V：4.2％、Co：2.8％、Ni：4％、Si：0.6％、Mn：0.3％、P：0.03％、S：0.03％、Fe：60.98％。

对比例1

基本同实施例1，区别在于：碳化钛基金属陶瓷的制备方法的步骤S2中：不添加石墨烯浆体，并且合金钢粉的质量、步骤S1制得的碳化钛的质量分别占合金钢粉与步骤S1制得的碳化钛的总质量的百分比为12％和88％。

对比例2

基本同实施例2，区别在于：碳化钛基金属陶瓷的制备方法的步骤S2中：不添加石墨烯浆体，并且合金钢粉的质量、步骤S1制得的碳化钛的质量分别占合金钢粉与步骤S1制得的碳化钛的总质量的百分比为17％和83％。

对比例3

(1)粘结金属

粘结金属为钴粉，钴粉的粒径为0.1μm～100μm。

(2)碳化钛以工业纯钛粉为原料制备，工业纯钛粉的粒径为0.1μm～5μm。

(3)制备碳化钛基金属陶瓷

S1.将纯钛粉放入行星球磨机中球磨8h，行星球磨机的转速为300转/分钟，纯钛粉和磨球的质量比为8：1，磨球采用为GCr15轴承钢球材料制成，磨球的尺寸为2mm、5mm、8mm、10mm，各尺寸的磨球等质量比使用，将球磨后得到的纯钛粉放入离子渗碳炉中进行离子渗碳处理，制得碳化钛，渗碳处理的工艺条件包括：渗碳温度为900℃，渗碳时间为2h，渗碳气氛为氢气和丙烷，氢气和丙烷的气体流量比为3：1；

S2.粘结金属的质量、步骤S1制得的碳化钛的质量分别占粘结金属与步骤S1制得的碳化钛的总质量的百分比为12％和88％，将粘结金属与步骤S1制得的碳化钛放入混粉机中混合8h，将混合后的物料倒入装有无水乙醇的容器中机械搅拌4h，然后升温至60℃，继续搅拌直至半干状态，放入烘干箱烘干，制得混合粉体；

S3.将混合粉体放入钛合金制的包套中，抽真空使真空度低于1×10

S4.机加工，去除包套。

对比例4

(1)粘结金属

粘结金属为钴粉，钴粉的粒径为0.1μm～100μm。

(2)碳化钛以工业纯钛粉为原料制备，工业纯钛粉的粒径为0.1μm～5μm。

(3)制备碳化钛基金属陶瓷

S1.将纯钛粉放入行星球磨机中球磨8h，行星球磨机的转速为300转/分钟，纯钛粉和磨球的质量比为8：1，磨球采用为GCr15轴承钢球材料制成，磨球的尺寸为2mm、5mm、8mm、10mm，各尺寸的磨球等质量比使用，将球磨后得到的纯钛粉放入离子渗碳炉中进行离子渗碳处理，制得碳化钛，渗碳处理的工艺条件包括：渗碳温度为900℃，渗碳时间为2h，渗碳气氛为氢气和丙烷，氢气和丙烷的气体流量比为3：1；

S2.粘结金属的质量、步骤S1制得的碳化钛的质量分别占粘结金属与步骤S1制得的碳化钛的总质量的百分比为17％和83％，将粘结金属与步骤S1制得的碳化钛放入混粉机中混合8h，将混合后的物料倒入装有无水乙醇的容器中机械搅拌4h，然后升温至60℃，继续搅拌直至半干状态，放入烘干箱烘干，制得混合粉体；

S3.将混合粉体放入钛合金制的包套中，抽真空使真空度低于1×10

S4.机加工，去除包套。

对比例5

基本同实施例1，区别在于：碳化钛基金属陶瓷的制备方法的步骤S2中：合金钢粉的质量、石墨烯粉的质量、碳化钛的质量分别占合金钢粉、石墨烯粉与步骤S1制得的碳化钛的总质量的百分比为12％、0.03％、87.97％。

对比例6

基本同实施例1，区别在于：碳化钛基金属陶瓷的制备方法的步骤S2中：合金钢粉的质量、石墨烯粉的质量、碳化钛的质量分别占合金钢粉、石墨烯粉与步骤S1制得的碳化钛的总质量的百分比为12％、1.5％、86.5％。

对比例7

基本同实施例1，区别在于：合金钢粉包括以下重量百分比的各成分：C：1.46％、W：4.6％、Cr：3.5％、Mo：3.5％、V：3％、Co：2.8％、Ni：4％、Si：0.6％、Mn：0.3％、P：0.03％、S：0.03％、Fe：76.18％。

对比例8

基本同实施例1，区别在于：合金钢粉包括以下重量百分比的各成分：C：1.2％、W：15％、Cr：9％、Mo：8.7％、V：6％、Co：8.5％、Ni：4.7％、Si：0.6％、Mn：0.3％、P：0.03％、S：0.03％、Fe：45.94％。

试验结果

SEM测试

由图1可以看出，实施例1～2及对比例3～4制备的碳化钛的球形度较好，粒径较为均匀。由图2可以看出，实施例1～2制备的合金钢粉球形度高。由图3可以看出，实施例1～2使用的石墨烯的片径在微纳米级别，具体为200nm～5μm。

硬度、抗弯强度和断裂韧性测试

实施例1～6和对比例1～8制备的碳化钛基金属陶瓷的硬度、抗弯强度和断裂韧性测试结果见表1，各项测试方法如下：

硬度的测试方法：参照国标GB/T 4340.1-2009中金属材料-维氏硬度试验，保证测量精度，对试样测量表面进行研磨抛光。采用维氏硬度试验机进行实验，实验载荷0.1kg，加载时间10s。每组实验测试5个点，取平均值记录数据。

抗弯强度的测试方法：参照国标GB/T 232-2010中金属材料-弯曲试验方法，弯曲实验试样尺寸为40×10×2mm

断裂韧性的测试方法：参照国标GB/T 21143-2014中金属材料-准静态断裂韧性的统一试验方法，采用紧凑拉伸C(T)试样进行测试，每组实验取2个试样进行检测，取平均值记录数据。

表1

实施例1和对比例1的区别在于：实施例1制备的碳化钛基金属陶瓷中添加了石墨烯，实施例2和对比例2的区别在于：实施例2制备的碳化钛基金属陶瓷中添加了石墨烯。从表1可以看出，实施例1制备的碳化钛基金属陶瓷的硬度、抗弯强度和断裂韧性显著优于对比例1，实施例2制备的碳化钛基金属陶瓷的硬度、抗弯强度和断裂韧性显著优于对比例2，说明石墨烯能够提高碳化钛基金属陶瓷的强度、硬度和耐磨损性能。

对比例1和对比例3的区别在于：对比例3使用粘结金属钴粉替换了对比例1中的合金钢粉，对比例2和对比例4的区别在于：对比例4使用粘结金属钴粉替换了对比例2中的合金钢粉。从表1可以看出，对比例1制备的碳化钛基金属陶瓷的硬度、抗弯强度和断裂韧性明显比对比例3高，对比例2制备的碳化钛基金属陶瓷的硬度、抗弯强度和断裂韧性明显比对比例4高，说明对比例1和对比例2中使用的合金钢粉能够提高碳化钛基金属陶瓷的强度、硬度和耐磨损性能。

从表1可以看出，与实施例1相比，对比例5～6制备的碳化钛基金属陶瓷的硬度、抗弯强度和断裂韧性较差；与实施例1相比，对比例7～8制备的碳化钛基金属陶瓷的硬度、抗弯强度和断裂韧性较差；说明实施例1通过控制碳化钛基金属陶瓷中石墨烯的质量百分含量以及合金钢中非铁金属元素的质量百分含量，能够使制备的碳化钛基金属陶瓷的硬度、强度和耐磨性能较好。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准，说明书和附图可以用于解释权利要求的内容。