微米／纳米Ti（C,N）基金属陶瓷刀具材料的研制

系统研究了添加纳米级Al2O3的含量对Ti(C,N)基金属陶瓷力学性能和显微结构的影响。结果表明:纳米Al2O3的添加可大幅提高Ti(C,N)基金属陶瓷的力学性能,特别是硬度和断裂韧性明显提高,克服了Ti(C,N)基金属陶瓷硬度较低的缺点,扩大了其应用范围。通过对微观结构观察和分析,可以看出,纳米Al2O3的添加细化了基体的晶粒,主要断裂模式为穿晶断裂,晶粒的细化和断裂模式的改变是材料力学性能提高的主要原因。     

多层石墨烯添加量对Ti(C_(0.7),N_(0.3))基金属陶瓷组织和力学性能的影响

本文采用低压烧结工艺制备了不同石墨烯含量的Ti(C_(0.7),N_(0.3))基金属陶瓷刀具材料,采用扫描电子显微镜(SEM)和光学显微镜(OM)对材料进行微观结构分析,通过X射线衍射(XRD)对材料进行物相分析,测试了金属陶瓷的密度、硬度、抗弯强度、断裂韧性等力学性能,研究了石墨烯添加量对Ti(C_(0.7),N_(0.3))基金属陶瓷组织和力学性能的影响。结果表明,石墨烯的加入并未改变Ti(C,N)基金属陶瓷的组织结构特征,却可以有效增韧Ti(C_(0.7),N_(0.3))基金属陶瓷。随着石墨烯添加量的增加,显微硬度逐渐降低,抗弯强度先上升后下降,断裂韧性呈现先增加后略有下降的趋势。当石墨烯添加量为0.6%时(质量分数,下同),综合力学性能达到最好,在抗弯强度不降低的情况下,断裂韧性提高了32.7%。此时,金属陶瓷的抗弯强度和断裂韧性分别为1 450.8 MPa和12.85 MPa·m~(1/2)。     

WC含量对超细Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

采用真空烧结法制备超细Ti(C,N)基金属陶瓷,研究WC含量0wt%～20wt%对超细Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响。通过SEM观察组织形貌发现,添加WC后金属陶瓷的组织出现了典型的芯壳结构,并且芯壳产生了明显细化,但当WC添加量超过15wt%时,环形相碳化物粗化、变脆。伴随着WC添加量,抗弯强度、硬度、断裂韧性均呈现先上升再下降的趋势。在WC添加量15wt%时,抗弯强度达到1262MPa,维氏硬度值达到16.3HV,金属陶瓷的综合力学性能达到最优。     

纳米Al2O3对Ti(C,N)基金属陶瓷性能的影响

研究了纳米Al2O3对Ti(C,N)基金属陶瓷力学性能的影响,探讨了微米/纳米金属陶瓷的增韧机制.对断裂模式的改变、显微结构的变化、多条裂纹的产生等进行了分析.     

燃烧合成—热压制备Al2O3—TiC—ZrO2纳米复合隐瓷的力学性能与显微结构

以TiO2,Al,C,纳米ZrO2粒子为原料,利用燃烧合成-热压工艺制备了Al2O3-TiC-ZrO2纳米复合陶瓷.添加ZrO2可使Al2O3-TiC断裂方式由沿晶断裂转变为穿晶断裂.ZrO2纳米粒子弥散于基体中,其周围产生的应力集中可引发位错,起到亚晶界的作用,并可使位错钉扎、堆积,阻碍位错运动,从而使复合陶瓷的力学性能得到明显改善抗弯强度为706 MPa,提高幅度达19.8%;断裂韧性为6.3 MPa@m1/2,提高幅度18.9%;洛氏硬度为94.4.     

原始粉末粒度组合对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

采用粉末冶金方法制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,研究了TiC和TiN在不同粒度组合下,Ti(C,N)基金属陶瓷的组织和性能。利用SEM、XRD等分析手段对所制备的金属陶瓷进行分析。结果表明,采用微米级TiC和纳米级TiN粒度组合得到的Ti(C,N)基金属陶瓷综合力学性能最好。其抗弯强度达到了1 052.8 MPa,断裂韧性达到了9.3 MPa·m1/2。     

改性碳纤维含量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织结构和力学性能的影响

以Ti C、Ti N微米级粉末为主要原料,Ni、Co为金属粘结剂,添加改性短碳纤维(Cf)为增强相,采用无压结技术制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,利用扫描电镜分析了Ti(C,N)基金属陶瓷的显微组织、断口形貌,通过维氏硬度法、三点弯曲法测试了Ti(C,N)基金属陶瓷的硬度和抗弯强度。结果表明:碳纤维表面镀镍后,镍磷(Ni-P)镀层表面平整致密,均匀包覆于碳纤维表面,且镀层与纤维结合紧密;添加改性碳纤维后,Ti(C,N)基金属陶瓷断裂方式以穿晶断裂为主,断面整体起伏较大,断口形貌主要表现为大量穿晶断裂留下的大块硬质相颗粒,少量沿晶断裂留下的凹坑以及小块硬质相颗粒和粘结相金属塑性变形形成的撕裂棱;Ti(C,N)基金属陶瓷组织形貌具有典型的"芯-壳"组织结构;当碳纤维添加量为4wt%时,材料抗弯强度和硬度达到最大值,分别为386.42、33.96 GPa。     

Cr_3C_2对纳米TiN改性Ti（C,N）基金属陶瓷组织和性能的影响

研究了添加0%～2.5%（质量分数）晶粒长大抑制剂Cr3C2对纳米TiN改性的Ti（C,N）基金属陶瓷组织和性能的影响。结果表明,添加Cr3C2后,Ti（C,N）基金属陶瓷的晶粒显著细化,抗弯强度也得到提高。Cr3C2添加量为1%时,抗弯强度达到最大值1407 MPa;添加适量Cr3C2可提高材料的硬度和断裂韧度,添加量为1.5%时,维氏硬度达到最大值15.8 GPa,添加量为1%时,断裂韧度达到最大值10.7 MPa.m1/2。     

金属陶瓷颗粒尺寸与WC含量对双结构Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响（英文）

研究了原始金属陶瓷颗粒尺寸和WC添加量对双结构Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响。结果表明,Ti(C,N)基金属陶瓷颗粒在基体中均匀分布。随着WC含量的增加,基体上的白芯/灰壳和无芯组织逐渐增多。此外,还发现了一种具有四层复合结构的新相。随着颗粒尺寸的增加,断裂韧性增加,而抗弯强度和硬度呈相反的趋势。随着WC含量的增加,断裂韧性和断裂强度增加,硬度降低。双结构Ti(C,N)基金属陶瓷的主要韧化机理是裂纹分叉、桥接、偏转以及主裂纹尖端附近微裂纹的形成和颗粒的拔出效应。     

WC粒径对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

用真空烧结法制备了添加微米级和亚微米级WC的Ti(C,N)基金属陶瓷,研究了WC粒径对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响。研究结果表明:添加微米级和亚微米级WC的Ti(C,N)基金属陶瓷试样均呈现出典型的"芯-环"结构,但在添加了亚微米级WC的试样中出现了"白芯-灰环"结构。同时,随着原始WC颗粒粒径的变小,其硬质相和黑色的芯相尺寸变小,而且黑色的芯相体积分数也变小。能谱分析表明,白色芯相具有与环形相相同的元素组成,但白色芯相含有较多的W和Mo元素。力学性能测试表明,添加亚微米级WC的金属陶瓷的抗弯强度要优于添加微米级WC的金属陶瓷,但硬度却偏低。     

CeO2添加量对Ti(C,N)基金属陶瓷显微结构和力学性能的影响

采用真空烧结工艺制备了(56-x)Ti(C0.5,N0.5)-20WC-3.5Mo2C-20(Co+ Ni)-xCeO2(x=0,0.05％,0.1％,0.2％)系列金属陶瓷,研究了CeO2添加量对Ti(C,N)基金属陶瓷显微结构和力学性能的影响.结果 表明:添加适量的CeO2有利于Ti(C,N)金属陶瓷显微组织细化,使硬质相颗粒尺寸减小,而且分布更加均匀,从而提高其力学性能.此外,添加CeO2后金属陶瓷中裂纹扩展过程产生较多的桥接现象,使其具有较高的断裂韧性.随着CeO2添加量增加,Ti(C,N)金属陶瓷的密度和力学性能先增大后减小,CeO2添加量为0.1％时,金属陶瓷的密度、硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为6.51 g/cm3、91.6 HRA、1577 MPa和9.11 MPa·m1/2.     

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。     

纳米TiN改性Ti（C, N）基金属陶瓷的组织和性能

采用真空烧结法制备纳米TiN改性的Ti（C, N）基金属陶瓷,研究不同金属相对纳米改性Ti（C, N）基金属陶瓷组织和力学性能的影响。结果表明：除经典的黑芯/灰壳组织外,添加纳米TiN的金属陶瓷在黑芯内还出现灰芯结构;纳米TiN主要分布在陶瓷相颗粒的晶界处;相对于未添加纳米TiN的金属陶瓷,添加纳米TiN粉末能明显提高金属陶瓷的抗弯强度、硬度与断裂韧性;对纳米TiN改性的金属陶瓷而言,金属相Ni能提供更好的抗弯强度与断裂韧性,而金属相Co则能带来更高的硬度。     

碳纳米管添加量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和力学性能的影响

采用真空烧结工艺制备了Ti(C, N)基金属陶瓷,通过XRD、TEM和SEM等手段研究碳纳米管(CNTs)对金属陶瓷组织和性能的影响.结果表明:与未加碳纳米管的基体组织相比,添加CNTs的金属陶瓷组织中具有"白芯-灰壳"结构的小颗粒大大增加,金属陶瓷晶粒逐渐细化且分布均匀;当CNTs添加量(质量分数)为0.5%时,Ti(C, N)基金属陶瓷的硬度可达90.9HRA;金属陶瓷的抗弯强度比未加碳纳米管的试样提高14.1%,可达2 180.7 MPa,其强化机制主要为细晶强化;金属陶瓷的断裂韧性比未加碳纳米管的试样提高18.5%,可达14.7 MPa·m1/2,CNTs对金属陶瓷强韧化机制主要为桥联作用、拔出效应和裂纹偏转作用.     

影响Ti(C,N)基金属陶瓷力学性能的因素

Ti(C,N)基金属陶瓷是一种以TiC:、TiN或Ti(C,N)粉末作硬质相,添加WC、TaC、VC等难熔金属碳化物,并以Ni-Mo或Mo_2C作黏结剂的新型复合材料,主要用于刀具。与传统的WC硬质合金相比较,Ti(C,N)基金属陶瓷具有更好的综合性能,但其断裂韧度和抗弯强度不足,限制了它的应用。影响Ti(C,N)基金属陶瓷硬度、抗弯强度和断裂韧度等力学性能的因素主要为成分和粉末粒度,前者包括碳、氮和钼的含量,黏结剂镍和钴,碳化物及稀土元素。降低Ti(C,N)基金属陶瓷的脆性是有待解决的难题。今后将会开发出高性能、低成本的Ti(C,N)基金属陶瓷刀具,以满足制造业的需求。     

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%。     

真空热压烧结刀具的制备与性能研究

采用真空热压烧结的方法制备了不同组分配比的机械加工刀具材料,研究了WC含量和(Ni,Mo)含量对刀具材料物相组分、显微形貌、相对密度和力学性能的影响。结果表明,WC20刀具材料中除Ti B2、Ti N和MoNi4相外,还含有WC、W2C、Ti C和Ni4B3相;随着WC含量的增加,刀具材料的相对密度先增加而后减小,WC含量为20%时取得相对密度最大值;随着WC含量的增加,刀具材料的维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性都呈现先增加而后减小的趋势。WC含量为30%时取得维氏硬度最大值(18.9 GPa),WC含量为20%时取得抗弯强度和断裂韧性最大值,分别为872 MPa和7.1 MPa.m1/2;随着(Ni,Mo)含量从5%增加至10%,刀具材料的维氏硬度逐渐降低、抗弯强度逐渐升高,而断裂韧性表现为先升高而后减小的趋势;WC增强Ti B2-Ti N基刀具材料的适宜WC添加量为20%、烧结助剂(Ni,Mo)含量为8%。     

氮含量对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织与磨粒磨损行为的影响

采用真空烧结方法制备了4种氮含量的Ti(C,N)基金属陶瓷,测试了试样的抗弯强度、硬度、断裂韧性等力学性能,用扫描电镜、能谱仪等研究了N含量对其显微组织及磨粒磨损行为的影响。结果表明:在一定范围内随N含量的增加,硬质相芯部逐渐细化且分布均匀,环形相厚度变薄、体积分数减小;磨粒磨损形貌中犁沟所占的比例减少,微观脆性断裂形成的凹坑增加,耐磨粒磨损性能逐渐提高。随N含量增加,Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度呈现出先增加后减小的趋势,断裂韧度逐渐递减,硬度变化不大。当N含量为3.6%时(文中含量均为质量分数),Ti(C,N)基金属陶瓷综合力学性能最佳,其抗弯强度为1 873 MPa,硬度为89.9 HRA,断裂韧度为20.7 MPa.m1/2。     

VC对纳米Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

研究了添加0～2.0%晶粒长大抑制剂VC对纳米Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响。结果表明,VC的加入使金属陶瓷的晶粒得到细化,抗弯强度、硬度提高,断裂韧度下降。在VC添加量为1.0%时,该金属陶瓷的抗弯强度为1204.6 MPa,维氏硬度为14.5 GPa,其综合性能最高。     

VC对纳米TiN改性Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

研究了添加0%～2.5%(质量分数)晶粒长大抑制剂VC对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响。结果表明,添加VC后,组织中晶粒的芯部变小、环形相变薄,1.5%～2.5%VC的加入使材料的晶粒显著细化。添加VC可提高材料的抗弯强度和硬度,添加量为1%时,抗弯强度达到最大值1370MPa,添加量为2.5%时,维氏硬度达到最大值15.3GPa;适量添加VC可提高材料的断裂韧性,添加量为1%时,达到最大值8.6MPa·m1/2。VC添加量为0.5%时,材料维氏硬度和断裂韧性分别为14.4GPa和7.6MPa·m1/2,综合力学性能最好。