原位碳热还原法制备Ti(C,N)基金属陶瓷的烧结技术研究

基于原位碳热还原法,通过真空液相烧结制备了Ti(C,N)基金属陶瓷。利用XRD、SEM、EDS等手段研究了不同烧结工艺参数对金属陶瓷显微组织和力学性能的影响。结果表明:基于原位碳热还原法制备出的Ti(C,N)基金属陶瓷,与常规方法制备的金属陶瓷相比,其显微组织中具有白芯-灰壳结构硬质相和没有明显包覆相的灰色硬质相的体积占比均明显增加,而具有黑芯-灰壳结构硬质相的体积占比明显减小;经1 400℃烧结,保温60 min,材料的组织均匀性较好,环形相厚度适中,且具有最佳的室温力学性能:抗弯强度为2 516 MPa,硬度为88.6 HRA,断裂韧性为18.4 MPa·m1/2。     

细晶粒TiCN-Co金属陶瓷的显微结构与力学性能

采用纳米TiN、亚微米TiC和Mo等原材料,以金属Co作为粘结剂,利用真空烧结技术制备了细晶粒Ti(C,N)基金属陶瓷材料,研究了所得金属陶瓷的显微结构和力学性能.结果显示:金属陶瓷的组织中有黑芯.灰壳结构和白芯.灰壳结构;Mo的加入使金属陶瓷的显微组织细化,当Mo的加入量为15%时,硬质相颗粒粒径小于lyre;15%的Mo加入量所得的细晶粒金属陶瓷与未加入Mo的金属陶瓷比较,其抗弯强度增加,硬度变化不明显,密度和断裂韧性降低.     

Ni-Ti合金对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

采用粉末冶金方法真空烧结制备了添加Ni-Ti形状记忆合金的Ti(C,N)-Co系金属陶瓷,研究了Ni-Ti合金对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响。结果表明:未加Ni-Ti合金的Ti(C,N)基金属陶瓷的显微组织表现为经典的黑芯-灰壳组织,陶瓷相多为球形;而加入Ni-Ti后的金属陶瓷随着Ni-Ti加入量的增多,组织逐渐细化,出现了多边形的陶瓷相,陶瓷相与粘结相的界面呈现直线关系。同时,金属陶瓷的抗弯强度和断裂韧性随着Ni-Ti合金加入量的增多有明显的提高,而硬度基本保持不变;Ni-Ti合金的加入量为15wt%时金属陶瓷获得最好的力学性能。     

原始粉末粒度对Ti(C,N)基金属陶瓷组织性能的影响

采用粉末冶金方法制得四组不同粒度组合的Co-WC-Ti(C,N)金属陶瓷材料。对其室温力学性能进行测量,并采用XRD,SEM,EDX等方法对材料的相结构,显微组织等进行分析。研究表明,主要硬质相粒度的改变使相结构出现了一定程度的变化;以亚微米TiC为原始粉末细化了金属陶瓷组织中的晶粒;以纳米TiN为原始粉末使得晶粒大小趋向一致,分布均匀,并在一定程度上细化了晶粒;当TiC、TiN原始粉末分别为亚微米、纳米尺寸时,材料的综合力学性能最好。     

化学成分对TiC-Ni系金属陶瓷显微组织的影响

为探究Mo、WC、ZrC对TiC-Ni系金属陶瓷组织的影响,真空烧结制备了TiC- Ni系金属陶瓷。利用X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、能谱仪(energy dispersive spectrometer,EDS)等研究了Mo、WC和ZrC对金属陶瓷显微组织的影响。结果表明,TiC基金属陶瓷的显微组织随着Mo、WC、ZrC的加入而逐渐细化,形成(Ti,Mo)C、(Ti,Zr,Mo)C、(Ti,Mo,W)C、(Ti,Zr,Mo,W) C、(Zr,Ti,Mo)C和(Zr,Ti,Mo,W)C等固溶体,并且在10%TiC-40%ZrC-14%Mo-15% WC-20%Ni-1%C试样中出现了无芯晶粒(coreless grains)、微裂纹及微孔洞。断裂韧性测试结果表明,该显微结构能大大提高材料的断裂韧性。     

烧结工艺和Y_2O_3添加量对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响

以TiC、TiN、Ni、Co等粉末为主要原料,以稀土Y2O3为添加剂,采用无压烧结技术制备Ti(C,N)基金属陶瓷,研究烧结工艺和稀土Y2O3添加量对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着温度的升高,TiC、TiN、WC、Cr3C2、Mo等相逐渐消失,向硬质芯相扩散发生固溶,经溶解-析出过程,最终形成新的Ti(C,N)硬质相和(Cr,W,Mo,Ti)(C,N)固溶体环形相,黏结金属Ni和Co主要以Ni相、TiCo和Co3W3C中间相的形式存在;稀土Y2O3的添加未改变Ti(C,N)基金属陶瓷烧结过程中的相结构演变过程,材料的显微硬度、抗弯强度和断裂韧性均随Y2O3添加量的增加呈先增加后降低的趋势,当Y2O3的加入量为0.8%(质量分数)时,Ti(C,N)基金属陶瓷的力学性能最佳,样品的显微硬度、抗弯强度和断裂韧性相比1450℃烧结50 min样品的分别提高了7.9%、45.8%和6.1%。     

ZrC添加量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织结构及耐腐蚀性能的影响

通过在Ti(C,N)-WC-Nb C-Co-Ni金属陶瓷中加入ZrC,研究了ZrC不同添加量对Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织、力学性能及其在2 mol/L盐酸中的耐腐蚀性能的影响。实验结果表明,在碳氮化钛基金属陶瓷中适量的ZrC添加将会与Nb C产生协同作用,在抑制脆性固溶体壳相厚度的同时,能够促使铌元素通过固溶强化及金属间化合物弥散强化的形式对粘结相进行增强,提高了材料力学性能及耐腐蚀性能。当ZrC过量加入达到10%时,金属陶瓷材料的显微组织发生突变,主要由粘结相及白芯灰壳结构组成,同时粘结相中铌元素含量减少,力学性能及耐腐蚀性能均大幅度下降。实验试样中,含有1%ZrC的金属陶瓷试样抗弯强度达到2 550 MPa,并且有最高的断裂韧性13.0 MPa·m~(1/2)。     

Ni_3Al粘结相对Ti(C,N)基金属陶瓷组织性能的影响

采用粉末冶金法制备了Ni3Al做粘结相的Ti(C,N)基金属陶瓷,研究了添加不同含量Ni3Al粘结相的金属陶瓷的力学性能和显微组织并与Ni做粘结相的金属陶瓷进行了对比。结果表明,Ni3Al作粘结相的金属陶瓷综合力学性能总体上不如Ni做粘结相的金属陶瓷,随着金属陶瓷中Ni3Al含量的增加,其洛氏硬度值不断下降,而抗弯强度和断裂韧性却不断增加;显微组织分析表明,Ni3Al做粘结相的金属陶瓷同样具有芯环结构,Ni3Al可以控制环形相的厚度,抑制晶粒异常长大,使硬质相芯相棱角圆润。Ni3Al含量为30wt%左右的金属陶瓷能够兼顾硬度和抗弯强度等力学性能,此时的主要力学性能指标为:抗弯强度1 045±80 MPa,洛氏硬度HRA89.7±0.25,断裂韧性KIC为14.26 MPa·m1/2。     

硬质相比例含量对Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织和力学性能的影响

本文采用真空烧结方法制备Ti(C,N)基金属陶瓷,结合光学金相显微镜、SEM以及力学性能检测等手段,研究了硬质相Ti(C0.5,N0.5)、(Ti39.8W46.9)C的比例含量对金属陶瓷微观性能、力学性能的变化规律。结果表明,经过真空条件1 450℃烧结60 min,不同比例硬质相的金属陶瓷微观组织均出现有明显的核芯/环形结构。随着硬质相(Ti39.8,W46.9)C含量增加,Ti(C0.5,N0.5)相含量减小,黑芯硬质相数量减小,环形相厚度增加,白芯硬质相增加。基体硬度逐渐降低而抗弯强度则逐渐增加,断裂韧性随白芯数量增加而有所提升。通过研究综合性能,当硬质相Ti(C0.5,N0.5)和(Ti39.8W46.9)C的质量分数比例分别为29.6%及29.5%,力学性能最佳,硬度达到92.2±0.3 HRA,抗弯强度为2 050±50MPa,断裂韧性为10.2±0.2 MPa·m1/2。     

碳含量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

通过真空烧结方法制备了4种碳含量的Ti(C,N)基金属陶瓷,通过X射线衍射分析仪、扫描电镜、万能力学试验机、维氏硬度测试仪等仪器检测Ti(C,N)基金属陶瓷试样的物相结构、微观组织、抗弯强度、硬度和断裂韧性,分析了碳含量和烧结工艺对Ti(C,N)基金属显微组织和力学性能的影响。结果表明,增加碳含量和提高烧结温度能促进烧结过程中的冶金反应,金属陶瓷显微组织中具有黑芯-灰环结构硬质相的黑芯部分体积分数减少,环形相体积分数增加,粘结相体积分数减少,显微组织均匀化。碳含量对横向抗弯强度(TRS)有显著影响;碳含量对硬度(HV)和断裂韧性(KIC)的影响较小,随碳含量上升,均略有增加。在1 440~1 500℃范围烧结,金属陶瓷的TRS保持在相近的水平值;随烧结温度升高,硬度HV下降;高温1 520℃烧结,能显著提升Ti(C,N)基金属陶瓷的断裂韧性KIC,提高裂纹扩展阻力。     

热等静压处理对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

用真空预烧及热等静压处理制备了Ti(C,N)基金属陶瓷。用SEM、TEM、EDX等研究了经热等静压处理后金属陶瓷的显微组织特点。同时研究了真空预烧温度对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响规律。结果表明:经热等静压处理后,材料仍然具有芯-壳结构,只是在Rim相中靠近硬质相那一侧不同程度地出现白色细小的析出物。热等静压过程中液相颗粒被重新析出的Rim相包裹是白色析出物出现的原因。当热等静压处理温度高达1450℃时,白色析出物会明显增多,大量白色析出物的出现使材料的机械性能降低。当真空预烧温度为1410℃时,经热等静压处理后,使材料的组织均匀,晶粒显著细化,且白色析出物很少,因而使材料的机械性能得到较大的提高。     

Mo_2FeB_2基金属陶瓷烧结过程中显微组织和力学性能的变化

采用真空烧结法制备了Mo2FeB2基金属陶瓷。运用XRD、SEM、EDS研究了Mo2FeB2基金属陶瓷的烧结过程中显微组织的变化并测试了不同烧结温度下所得金属陶瓷材料的力学性能。实验结果表明:进入L1液相(奥氏体+Fe2B)烧结阶段后,金属陶瓷由于颗粒重排致密度大幅度提高,但溶解-析出过程进行得较缓慢,晶粒基本没有长大。提高烧结温度至L2液相(奥氏体+L1+Mo2FeB2)生成后,由于溶解-析出过程明显加剧,晶粒长大趋势明显,但致密化程度进一步提高。当烧结温度达到1280℃,保温时间为40min时,烧结体接近完全致密,所得材料组织均匀具有较佳力学性能。     

Effect of hard phase content on the mechanical properties of TiC-316 L stainless steel cermets

The dense TiC-316 L stainless steel cermets with different TiC content were fabricated via conventional powder metallurgy (PM) process. The effects of TiC content on the microstructure and mechanical properties of TiC-316 L stainless steel cermets are studied. Scanning electron microscopy (SEM) is employed to observe the microstructure, fracture morphology, and crack propagation of cermets. The binder mean free path (MFP) and hard phase contiguity are analyzed based on the stereological principles. The relative density, hardness and transverse rupture strength (TRS) of the cermets are measured by the Archimedes' principle, Rockwell scale hardness tester and three-point flexural test, respectively. The average TiC grain size decreases first and then increases with the increase of hard phase content. At a content of 80 wt%, the maximum relative density (99.1%), hardness (88.9 HRA) and TRS (1373 MPa) are obtained. During crack propagation, both intergranular and transgranular fractures exist, of which the intergranular fracture prevail and coarse grains are more prone to transgranular fracture.     

纳米银粉体新法制备及其表征

采用均匀沉淀和高温热分解相结合的方法制备了纳米银粉体,分析了粉体形成机理,研究了pH值、烧结温度和时间对粉体粒径和形貌的影响;采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜表征了纳米银粉体结构、组成、大小和形貌.结果表明,pH=7、烧结温度300℃、烧结2h的条件下可得到分散性好、颗粒均匀,粒径50 nm的粉体.本制备方法原料易得、成本低、设备及工艺简单,反应副产物易回收且可用作肥料,整个过程满足清洁生产的要求.     

微量TiC/ZrC对TZM合金室温及高温性能与组织的影响

采用粉末冶金方法制备Mo-Ti-Zr-TiC/ZrC合金,研究微量TiC/ZrC对合金性能与组织的影响。结果表明,添加微量TiC/ZrC后合金性能得以明显提高,TiC/ZrC添加量为0.4%(质量分数,下同)时,合金室温抗拉强度分别达到最高值。同时,微量TiC/ZrC显著提高了合金的高温强度,添加的微量碳化物粒子促进了合金高温拉伸过程中韧窝的形成,使合金高温拉伸由穿晶解理和韧窝断裂的混合断裂模式向韧窝断裂转变。     

陶瓷相原始粉末粒度对Ti（C，N）基金属陶瓷组织和性能的影响

采用粉末冶金法制备了超细晶Ti（ C, N）基金属陶瓷和纳米改性Ti（ C, N）基金属陶瓷试样和刀具。研究了陶瓷相粉末粒度对Ti（ C, N）基金属陶瓷显微组织、力学性能及其刀具耐磨损性能的影响。结果表明,超细晶Ti（ C, N）基金属陶瓷和纳米改性Ti（ C, N）基金属陶瓷的硬质相均具有黑芯/灰壳和白芯/灰壳两种显微结构。超细晶Ti（ C, N）基金属陶瓷中白芯/灰壳结构硬质相晶粒较多,而纳米改性Ti（ C, N）基金属陶瓷中硬质相晶粒主要为黑芯/灰壳结构。与超细晶Ti（ C, N）基金属陶瓷相比,纳米改性Ti（ C, N）基金属陶瓷具有较高的抗弯强度和断裂韧度以及较低的硬度和孔隙度。纳米改性Ti（ C, N）基金属陶瓷刀具具有较长的使用寿命,约为超细晶Ti（ C, N）基金属陶瓷刀具使用寿命的2．3倍。