真空和渗氮烧结WC-TiC-Co硬质合金的梯度结构形成机理研究

本实验对真空和渗氮烧结的WC-20TiC-0.5VC-0.5Cr_2C_3-12Co硬质合金的微观结构进行了研究。研究表明烧结气氛对WC-TiC-Co硬质合金的梯度结构具有关键性影响:真空烧结能使硬质合金形成厚度不低于20μm的无立方相表层,该表层主要由WC与Co相组成,无明显TiC相特征;而渗氮烧结促使硬质合金形成以Ti(C,N)与TiC为主要物相的富立方相表层。与此同时,研究发现氮气压强对富立方相表层的形成具有显著促进作用,随着氮气压强的提高,富立方相表层厚度明显增加。真空和渗氮烧结的硬质合金芯部微观组织均由WC相、(W,Ti)C相、TiC相与Co相组成。相对于渗氮烧结,真空烧结会导致硬质合金芯部WC的晶粒度增大。     

放电等离子烧结制备Ti(C,N)-Co金属陶瓷的组织和性能

采用放电等离子烧结方法制备了Ti(C,N)-Co金属陶瓷,研究了烧结温度和Co含量对TiCN基金属陶瓷力学性能的影响。结果表明:烧结温度在1400℃~1700℃范围内,当Co含量为1%时,随着温度的升高,样品的密度、弯曲强度和硬度不断增大;当Co含量为5%时,随着温度的升高,样品的密度、弯曲强度、硬度呈现先上升后下降的趋势。随着Co含量的增加,TiCN-Co金属陶瓷烧结致密化所需温度降低。烧结温度为1600℃、Co含量为5%时,金属陶瓷试样具有较高的综合力学性能,分别为弯曲强度815MPa和硬度HV101505。     

氮化处理金属陶瓷刀具的磨损形态和机理

利用真空烧结工艺和表面氮化处理工艺，制备了纳米复合Ti（C，N）基金属陶瓷可转位刀片和功能梯度Ti（C，N）基金属陶瓷可转位刀片，详细研究了氮化处理对自制金属陶瓷刀具磨损形态和机理的影响,结果表明：自制刀片氮化处理前后的磨损形态有较大不同，显示了氮化处理后，刀片表面硬度的提高和表面层合金元素的变化，使得刀片的磨损机理和切削性能发生较大变化。氮化处理刀片切削正火态45^#钢、铸铁和奥氏体不锈钢时表现出较优的耐磨性。     

功能梯度Ti(C, N)基金属陶瓷制备技术

通过真空液相烧结制备出Ti(C,N)基金属陶瓷基体,并对基体表面进行双辉等离子渗碳处理。运用扫描电子显微镜(SEM) 、电子探针(EPMA)、X射线衍射(XRD)等分析手段对渗碳前后材料的显微组织形貌、成分分布以及物相组成进行分析。结果表明,双辉等离子渗碳后金属陶瓷表面富Ti、Mo、W、C、N元素,贫Ni。渗碳过程中表层高的碳活度驱使内部的Ti、Mo、W元素向外迁移,从而迫使Ni向内迁移。渗碳后,材料表层富硬质相,近表层富粘结相。渗碳处理使试样表层硬度得到提高,对横向断裂强度影响不大。     

RAFM钢表面粉末包埋法制备低活性渗铝层工艺研究

采用粉末包埋法在中国低活性铁素体马氏体钢(RAFM)基底上制备了低活性渗铝层,利用扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)对渗铝层的形貌和成分进行了分析。结果表明:低活性渗铝层表面铝含量(原子分数)约40%,主要由厚度为15~20μm的FeAl、Fe3Al及α-Fe(Al)相组成,该渗铝层表面易发生烧结。为避免表面烧结,重点研究了渗铝温度对渗铝层表面形貌的影响,当温度较高(750℃)时,表面产生大量渗铝剂颗粒烧结;当温度较低(650℃)时,表面无烧结但渗铝层生长不完整且存在较多孔洞;700℃下表面无烧结且渗铝层致密完整。     

SD成型剂对Ti(C,N)基金属陶瓷显微结构和力学性能的影响

采用低压烧结的方法制备Ti(C,N)基金属陶瓷材料,并结合C、N、O分析,XRD、BSE、EDS等测试手段研究了SD成型剂对Ti(C,N)基金属陶瓷合金的C含量、相组成及显微结构和力学性能的影响。结果表明,随着SD成型剂添加量的增加,脱胶后压坯的C含量逐渐增加,N含量逐渐减小;烧结后Ti(C,N)基金属陶瓷由(Ti,Me)(C,N)(Me=W、Mo、Ta)和Ni/Co固溶体相组成;显微组织以黑芯-白环结构为主,并伴随着少量白芯-灰环的结构。SD添加量为100mL/kg时,Ti(C,N)基金属陶瓷材料的抗弯强度达1929MPa,硬度为1588HV30,添加量为180mL/kg时,合金组织中石墨相的出现使其抗弯强度大幅度下降。     

烧结温度和保温时间对Ti(C, N)基金属陶瓷微观组织结构和性能的影响

通过氮气氛烧结制备了Ti(C, N)-WC-TaC-NbC-Co-Ni金属陶瓷,研究了烧结温度和保温时间对Ti(C, N)基金属陶瓷芯部和表面的微观组织结构及性能的影响。结果表明：Ti(C, N)基金属陶瓷表面在渗氮的作用下会形成富无环黑芯和黏结相层;随着烧结温度的升高,样品的平衡氮分解压力增大,渗氮作用减弱,表层富无环黑芯和黏结相层变薄;而随着保温时间的延长,表层富无环黑芯和黏结相层逐渐变厚,次表层缺黑芯越来越明显。随着烧结温度升高和保温时间延长,溶解再析出过程加剧,芯部Ti(C, N)黑芯体积分数减少,环相变厚且无环黑芯数量减少,硬质相晶粒尺寸增加。随着烧结温度的升高,合金硬度、钴磁和矫顽磁力逐渐减小,断裂韧性先增加后减小;随着保温时间的延长,硬度和断裂韧性均有先下降后升高的趋势,而钴磁和矫顽磁力逐渐增大。在1500 ℃保温40 min烧结的样品综合性能最好,维氏硬度达到1544 HV30,断裂韧性为9.0 MPa·m1/2,钴磁和矫顽磁力分别为4.74和9.42 kA/m。     

Mo2C含量对Ti(C,N)基陶瓷力学性能和显微结构的影响

采用热压烧结工艺制备了添加微量Cr3C2的Ti(C0.5N0.5)-(Ni-Co)-Mo2C-Cr3C2系Ti(C,N）基金属陶瓷。分析三种不同Mo2C含量材料的力学性能、断口形貌和磨削表面压痕裂纹扩展情况，研究表明：材料的断裂均以沿晶断裂为主；材料的抗弯强度与Rim相有关，8wt%Mo2C含量的金属陶瓷Rim相厚度适中，抗弯强度高；0.6wt%Mo2C含量的金属陶瓷的扩展裂纹短，裂纹扩展发生偏转，断裂韧性高。     

表层富立方相功能梯度硬质合金的烧结工艺

本文对表层富立方相功能梯度硬质合金的三套烧结工艺进行了分析和对比。结果表明:烧结工艺的主要影响因素包括烧结温度、烧结时间及充气方式。在满足梯度层组织结构要求的前提下,应尽量降低烧结温度、缩短烧结时间,以防止晶粒粗化。气体在液相出现后充入,可加快反应速率且有利于消除孔隙。所制备的样品表面均生成了梯度层,其主要成分为富含Ti元素的立方相组织。根据分析结果,笔者对烧结工艺进行了重新设计。在液相温度进行气氛烧结后,控制降温曲线,在固相阶段进行保温烧结,以进一步增加梯度层厚度,同时对梯度层进行均匀化处理,消除内应力。     

热浸镀55%Al-Zn-1.6%Si合金钢板镀层表面形貌及组织特征研究

采用光学显微镜、SEM、EDS等实验手段,研究了Ti元素对热浸镀55 ％Al-Zn-1.6％Si板的镀层表面形貌、元素分布、成分组成、横截面相组成体积比的影响.结果表明:无添加Ti元素的1#镀铝锌产品表面锌花尺寸偏大且不均,Al、Zn、Si等元素在表面分布规律不明显,镀层总厚度在15～17 μm之间,其中外镀层15μm,内镀层1.8μm,镀层截面由约65％的富铝相+35％的富锌相组成;添加Ti元素的2#镀铝锌产品镀层表面光泽比1#亮丽,立体感效果显著,锌花尺寸也更加细碎均匀,Al、Zn、Si等元素呈现较明显的规律分布,镀层总厚度在24.3～26.7 μm之间,其中外镀层24.8μm,内镀层1.6 μm,镀层截面组织由约76.2％的富铝相+22.7％的富锌相及少量的富硅相组成.     

一种特殊烧结技术对梯度结构硬质合金性能影响的研究

研究了分段烧结制备梯度结构硬质合金技术以及粘结剂含量对梯度硬质合金的力学性能、梯度结构的影响.测试了梯度硬质合金刀片的切削性能.结果表明,分段烧结技术能成功地制备梯度结构硬质合金,且随着钴含量增多,合金梯度层厚度增厚,梯度结构更明显;合金的强度与磁饱和提高.切削试验表明:具有梯度结构涂层硬质合金刀片的切削性能比无梯度结构涂层硬质合金刀片的切削性能更为优良.达到同一磨损高度VB=0.15mm时,前者的切削寿命较后者提高了近一倍.     

N对无立方相层梯度硬质合金的影响

主要研究了N添加方式和N添加量对无立方相层梯度硬质合金结构和性能的影响。采用传统的粉末冶金方法,在氮气气氛下高温烧结制备表面无立方相层梯度硬质合金,然后对其微观结构和力学性能进行分析。研究发现,N的存在是形成表面无立方相层的必要条件,添加Ti(C0.7N0.3)比添加TiN更有利于梯度层的生成;随着氮含量的增加,梯度层的厚度呈减小趋势,合金的抗弯强度呈先增加后降低的趋势,硬度则呈上升的趋势。     

WC与Mo2C的添加对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和耐腐蚀性能的影响

目的 研究Ti(C,N)-WC-Mo2C-Ni-Co金属陶瓷的成分、显微组织和耐腐蚀性能之间的关系,以期提高金属陶瓷材料的耐腐蚀性能.方法 采用粉末冶金方法 在金属陶瓷中添加不同比例的WC与Mo2C,并对金属陶瓷显微组织、力学性能及在酸性和碱性溶液中的腐蚀行为进行系统研究.结果 随着WC与Mo2C比例的降低,金属陶瓷组织中黑芯-灰环硬质相增多,白芯-灰环硬质相减少,环形相的厚度增加,材料的硬度先升高后下降,断裂韧性先下降后升高.当w(WC)/w(Mo2C)为0︰3时,金属陶瓷的硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为90.5HRA,12.12 MPa·m1/2和2030 MPa.金属陶瓷在硫酸溶液中,较低的Mo2C添加量可以改善金属陶瓷的耐腐蚀性能.当w(WC)/w(Mo2C)为2︰1时,材料在硫酸溶液中有较好的耐腐蚀性能.在KOH溶液中,Mo2C添加量的提高会使材料在KOH溶液中的耐腐蚀性能降低.结论 对于设计和制备应用于不同腐蚀环境下的金属陶瓷材料有较好的指导意义,可以有效拓宽金属陶瓷的应用领域.     

用于过滤膜的梯度孔径Ni-Cr-Fe多孔材料的制备及性能

本工作采用元素粉末反应合成法,利用固相偏扩散的原理进行固相烧结制备Ni-Cr-Fe多孔材料支撑体,再利用人工刷涂的方法将同配比且较细的Ni、Cr、Fe元素粉末悬浮浆料刷涂于多孔支撑体表面,经过真空烧结,制备得到梯度孔径Ni-Cr-Fe多孔材料。通过XRD、SEM、能谱等测试手段表征烧结后的梯度孔径Ni-Cr-Fe多孔材料的物相及孔结构性能。结果表明,同质的梯度孔径Ni-Cr-Fe多孔材料膜层完整,结合强度较好,以冶金桥接的方式结合。随着膜层厚度的增加,透气度将减小,当过渡层的厚度为80μm,表面膜层厚度为30μm时,最大孔径为6μm,透气度为936 m~3·m~(-2)·h~(-1)·kPa~(-1),透气度下降22. 64%。在膜层等厚且过滤精度达到要求时,二阶梯度孔径Ni-Cr-Fe多孔材料透气度的下降率比一阶梯度孔径NiCr-Fe多孔材料透气度的下降率小。过渡膜层起到了非常关键的作用,实现了在较高过滤精度的基础上具有较大的过滤通量。     

铜基底化学气相沉积石墨烯的研究现状与展望

采用粉末包埋法在中国低活性铁素体马氏体钢（RAFM）基底上制备了低活性渗铝层,利用扫描电镜（SEM）和能谱分析（EDS）对渗铝层的形貌和成分进行了分析。结果表明：低活性渗铝层表面铝含量（原子分数）约40％,主要由厚度为15-20μm的FeAl、Fe3-Al及α-Fe（Al）相组成,该渗铝层表面易发生烧结。为避免表面烧结...     

富Co-layers硬质合金表面渗氮处理微观结构和性能研究

采用两步法烧结工艺制备了表面富Co-layers硬质合金和表面富Ti基硬质相层硬质合金,对比研究了氮化处理前后硬质合金表面微观形貌、生成相和力学性能的差异。研究表明:真空条件下烧结可在试样表层生成约20μm厚的Co-layers,该层中不含立方碳化物相,微观结构分析发现试样表面呈现山丘形貌且具有金属亮银色光泽,可用于修复试样表面缺陷,如微观裂纹、孔洞等,并且改善硬质合金表面韧性和提高涂层与基体之间的界面结合强度。氮化处理可在合金表面原位生成富含细晶粒的TiN相层,层厚约1μm,微观结构分析发现该层呈金色或棕色,表面较为平整。通过性能对比分析发现渗氮虽然导致试样密度小幅降低,但是可显著改善晶粒尺寸分布不均和增加表层硬质相中的微应变,能够在提高表面硬度的同时依然保持较高韧性,同时可有效改善硬质合金的刀具耐磨性和使用寿命。     

W-Mo-Ti梯度材料的成分和组织特征

应用电子显微分析技术对共沉降法制备的W-Mo-Ti梯度材料的化学成分、显微组织和断口形貌进行了研究。结果表明,试验材料整体致密,化学成分和显微组织具有梯度变化特征。富W区、W-Mo区、富Mo区颗粒以机械混合的形式存在;以Mo为主要组分的Mo-Ti梯度层,也是以机械混合为主;以Ti为主要组分的Mo-Ti梯度层,主要以多角形β相存在;富Ti区主要以球形相存在。富W区、富Mo区主要为沿晶脆性断裂,富Ti区为典型的穿晶解理断裂,Mo-Ti过渡层以穿晶解理断裂为主,还表现出延性断裂特征。     

Q235表面辉光等离子渗镀TiN耐蚀性研究

利用等离子辉光放电溅射技术,在碳钢表面复合渗镀形成TiN扩散层和沉积层.表面成分检测渗镀层呈梯度材料分布,表面钛原子和氮原子之比,符合TiN相结构.渗镀层总深度约有15μm,表层TiN约有4μm.渗镀层成分检测表明,与基体之间呈梯度分布.X射线衍射结果表明,渗镀层表面为TiN,其中(200)晶面的衍射峰最强,具有明显的择优取向.TiN复合层在H2S溶液中的腐蚀行为表明:辉光合成的TiN涂层可以提高材料在富液溶液中的耐蚀性能,与PVD沉积TiN试样和基体低碳钢试样相比耐蚀性分别提高了5.76,49.76倍.     

纳米/超细Ti(CN)基金属陶瓷的研究进展

概述了纳米/超细Ti(CN)基金属陶瓷的研究进展,重点对纳米Ti(CN)粉末的制备方法、纳米/超细Ti(CN)基金属陶瓷烧结过程中相组织的变化以及烧结工艺进行了介绍.指出成功制备纳米/超细Ti(CN)基金属陶瓷的关键在于控制烧结过程中Ti(CN)晶粒及环形相的长大,探索新的快速烧结方法.     

热喷涂层的梯度液相烧结

将金属陶瓷粉末与具有不同熔点的自熔合金粉末混合喷涂于金属基材表面,形成低熔点相的固液相变点温度从基材界面向涂层表面逐步升高的梯度涂层,研究了在1000℃烧结后烧结层的显微组织结构和力学性能。结果表明,在烧结时出现液相的区域内喷涂层所固有的层状结构消失,在界面上有大约20μm宽的扩散区并呈冶金结合,在表层存在明显的固－液相分界线,在显微组织中氧化物有球化趋势。梯度液相烧结可使涂层稳定成型所需的最佳控制参数区间变大,涂层的力学性能满足使用要求。