功能梯度金属陶瓷的制备与性能

采用熔渗/氮化复合处理技术对TiC-TiN基、WC基金属陶瓷进行了高温高压熔渗/氮化处理,通过扫描电镜、能谱仪、X射线衍射等分析技术对其显微组织、成分及结构进行了分析.结果表明：经过高温高压熔渗/氮化处理,WC-Co金属陶瓷未形成梯度结构;WC-TiC-Co金属陶瓷表面形成了TiN,但是从材料表面向内部的成分过渡存在明显的界面;TiC-TiN基金属陶瓷由表面到心部形成了梯度结构,其硬度自表面向心部呈现高-低-高的变化趋势, 该金属陶瓷表面主要形成了Ti（C0.3N0.7）.     

氮化处理温度对Ti(C,N)金属陶瓷组织和性能的影响

用热等静压设备对Ti(C,N)基金属陶瓷进行了氮化处理,用XRD、SEM/EDX研究了氮化处理温度对Ti(C,N)基金属陶瓷表面显微组织和性能的影响.结果表明,在金属陶瓷表面20 μm范围内形成了富含Ti、N的硬化层.表面区较高的N的活度成为合金元素扩散的驱动力.在1150℃氮化处理时,有TiN、WC和Mo2C相在表面区生成.随着氮化处理温度的升高,Mo2C和WC相减少,内环形相和部分外环形相被富N的碳氮化合物所取代,表面区晶粒细化,硬化层逐渐变厚,并在硬化层与基体之间形成了富Ni的过渡层,其有利于提高表面层与基体的结合强度.综合分析认为,在1250℃下氮化处理,可以获得较理想的表面硬化层,其表面显微硬度可达93.8 HRA.     

表面处理制备Ti(C,N)基金属陶瓷功能梯度材料

用热等静压技术制备了Ti(C,N)基金属陶瓷功能梯度材料.对表面处理前后材料的组织结构,显微硬度,密度变化作了分析比较.并用EPMA对材料表面处理后的主要元素分布进行了分析测试,同时从热力学和孔隙度对材料性能影响的角度分析了其形成机理.     

表面处理制备Ti(C,N)基金属陶瓷功能梯度材料

用热等静压技术制备了Ti(C,N)基金属陶瓷功能梯度材料.对表面处理前后材料的组织结构,显微硬度,密度变化作了分析比较.并用EPMA对材料表面处理后的主要元素分布进行了分析测试,同时从热力学和孔隙度对材料性能影响的角度分析了其形成机理.     

深层QPQ工艺参数对3Cr13钢渗层组织的影响

选用3Cr13马氏体不锈钢作为实验材料,利用深层QPQ盐浴复合处理处理技术,研究氮化温度、氮化时间和氰酸根浓度对QPQ复合处理后的渗层组织的影响.运用显微硬度计检测渗层的厚度和显微硬度值的变化,运用金相显微镜观察氮化后试样渗层的显微组织,检测化合物层的厚度和质量.结果表明:随氮化温度的升高或氮化时间的延长渗层深度增加;经630℃×2h氮化可形成深度高达97 μm的渗层组织;随氮化温度的升高,试样的表面硬度值在600℃后呈下降趋势,有疏松层的形成;氰酸根浓度对渗层的厚度影响显著,特别体现在扩散层的厚度上.而对试样表面硬度影响很小.     

采用中频反应磁控溅射技术沉积氮化锆薄膜

采用中频反应磁控溅射技术沉积ZrN薄膜,在真空镀膜机内对称安装了3对矩形孪生靶.利用等离子体发射光谱和质谱仪QMS200分别实时监控真空炉内靶材表面的谱线变化和各种气氛的分压强,并通过控制系统氮气流量自动调控,从而消除了靶中毒和打火现象,确保了溅射镀膜的稳定进行.通过对氮化锆膜层的显微组织观察、X射线衍射和俄歇半定量分析,沉积的氮化锆薄膜膜层致密,与基体的结合牢固.结果表明:当炉内氮气分压强为45%,控制靶电压200V,靶电流为25A,逐步调节Ar与N2比例,可获得成分均匀,膜层致密,结合力较好的金黄色氮化锆薄膜.     

氮等离子焰纯钛表面氮化

利用改造TIG焊枪通入N2+Ar混合气体产生氮等离子焰,在大气中直接加热纯钛试件,使基体表面的Ti元素与等离子焰中的N元素相互作用形成氮化层.主要研究了氮化温度和氮化时间对纯钛表面氮化层组织及性能的影响规律,得到了较佳氮化工艺参数.采用金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射等检测方法,分析了氮化层的形成机理、表面及截面微观形貌,并测试了表面显微硬度及耐磨性.结果表明,氮化层主要由TiN相组成,组织均匀、致密,与基体为良好的冶金结合,有效地改善了纯钛基体的耐磨性.     

QPQ盐浴复合处理对H13钢组织及性能的影响

运用QPQ盐浴复合处理技术对H13钢进行表面强化处理,分析了不同工艺参数对氮化层深度、显微硬度和抗腐蚀性的影响及氮化层显微组织特征.结果表明,在相同的渗氮温度下,渗氮层的深度随渗氮时间的延长而增加,氮化后的材料硬度和耐腐蚀性较渗氮前有较大的提高,氮化3～4h效果最好.     

氮化处理对钛瓷结合强度的影响

研究了氮化处理对钛瓷结合强度的影响.试验表明纯钛试件经过辉光离子氮化处理后获得约10 μm厚的金黄色TiN膜层.氮化钛膜层表面呈胞状结构生长,膜层结构致密,未见显微孔洞和裂纹的存在.未氮化组与氮化组的钛瓷结合强度存在显著性差异,氮化组的钛瓷结合力明显高于未氮化组.微观分析表明钛表面氮化处理能有效防止金属钛的氧化,有利于提高钛瓷结合力.     

QPQ盐浴复合处理对5CrMnMo钢的组织与性能影响

探讨了5CrMnMo钢的QPQ盐浴复合表面处理工艺,利用扫描电镜观察处理后的表层显微组织、检测氮化层厚度、分析氮化层质量;利用显微硬度计检测组织的显微硬度,并对不同的渗氮试样作磨损、耐腐蚀对比试验。结果表明:经QPQ处理的5CrMnMo钢具有组织均匀、结构致密的渗层,且具有很高的显微硬度、耐磨性以及强抗腐蚀性。     

烧结工艺对Ti(C,N)基金属陶瓷性能的影响

采用粉末冶金法制备Ti(C,N)基金属陶瓷,利用金相图像分析系统和扫描电镜观察陶瓷表面孔洞和微观组织形貌,分析了热处理和烧结气氛工艺对不同碳氮比的Ti(C,N)基金属陶瓷性能的影响.结果表明:真空烧结后的热处理工艺可使Ti(C,N)基金属陶瓷的横向断裂强度提高10%以上,硬度也有不同程度的提高,其中Ti(C0.5 N0.5)基金属陶瓷适合采用低压工艺处理,Ti(C0.7 N0.3)基金属陶瓷适合采用热等静压工艺处理.氮气气氛烧结中,Ti(C0.5 N0.5)基金属陶瓷在氮分压值为2kPa时的横向断裂强度达到最大值,而硬度变化不明显,这可归因于合适的氮分压阻碍了金属陶瓷内氮化物的分解,提高了材料的致密度,细化了晶粒组织.     

High-quality Ti(C,N)-based cermets via solid-state nitrogen-pressure sintering: Influence of the sintering atmosphere

Owing to the denitrification behavior of Ti(C,N)-based cermets during the sintering process, nitrogen atmosphere sintering is essential for the fabrication of high-quality products. Disclosing the roles of the sintering atmosphere on the microstructure and properties of cermet is of significance. Herein, Ti(C,N)-based cermets were fabricated under six types of sintering atmosphere. Effects of sintering atmosphere on the microstructure, coercive force (Hc), specific saturation magnetization (Ms (%)), and mechanical properties of cermets were investigated. More rimless Ti(C,N) grains with increased fraction of black cores were formed with increasing the nitrogen partial pressure. Three types of gradient structure of cermets were confirmed caused by the different nitrogen activity at the liquid sintering state. Vacuum sintering induced the formation of thicker rims on smaller Ti(C,N) cores at the surface due to the low nitrogen potential, while fcc solid solutions rich in N was formed in nitrogen atmosphere. Vacuum sintered cermets showed the lowest Hc and Ms. (%) of 3.66 KA/m and 2.13%, owing to the denitrification process. High-quality Ti(C,N)-based cermets were achieved via the solid-state nitrogen atmosphere sintering, benefiting from the optimized core-rim structure, i.e. moderate thickness of rims and certain amount of black Ti(C,N) cores.     

Ti(C,N)基金属陶瓷力学性能和高温抗氧化性能的研究

本文研究了添加不同比例的TaC、NbC对Ti(C,N)-NiMo系金属陶瓷的力学性能的影响及在750℃空气中的氧化行为,测定并计算了恒温氧化增重与时间的函数关系及氧化速率常数。结果表明,这类陶瓷材料的氧化为"钝性氧化",TaC/NbC质量比为4:3时,显示出较好的力学性能和抗氧化性。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)等手段,分析了氧化膜的组成与结构,探讨了Ti(C,N)基金属陶瓷高温下的氧化机制。     

纳米改性Ti(C,N)基金属陶瓷的渗硼处理

真空烧结制备了纳米改性的Ti(C,N)基金属陶瓷,并对其进行了固体粉末渗硼处理。研究了渗硼处理对不同金属相的纳米TiN改性的Ti(C,N)基金属陶瓷组织与性能的影响。光学显微照片表明,材料的表面形成一层渗硼层;X射线对材料的物相分析表明,试样表面的渗硼层为TiB2、MoB、Ni3B、NiB、CoB等硼化物;硬度测试结果表明,试样的表面显微硬度大大提高。试验结果表明,不同金属相含量的Ti(C,N)基金属陶瓷均具有可渗硼性。     

粉末渗硼处理对Ti(C,N)基金属陶瓷组织性能的影响

通过真空烧结方法制备纳米改性的Ti(C,N)基金属陶瓷,并对其进行固体粉末渗硼处理。研究了渗硼处理对纳米改性Ti(C,N)基金属陶瓷组织与性能的影响。采用光学显微镜、SEM、XRD以及EDS等方法对组织结构进行研究,用带有刻度的显微硬度计观察渗硼层的厚度并测量显微硬度,利用DCS-5000型万能材料实验机采用三点弯曲法测试试样抗弯强度。结果表明,试样表面获得约30μm厚的渗硼层,组成成分为TiB2、MoB2、CoB和Ni3B等硼化物,渗硼试样的表面显微硬度提高43%,但抗弯强度有所下降。     

Ti(C,N)基金属陶瓷抗弯强度的研究

研究了提高Ti(C,N)基金属陶瓷抗弯强度的方法。采用改变粘结相成分、进行低压烧结及快冷处理来制备Ti(C,N)基金属陶瓷。试验发现,粘结相成分对材料的强度有很大的影响,提高Ni/Ni+Co的比例可以提高材料的强度,当然,在实际应用中还要考虑对其它性能的综合影响;低压烧结和快冷处理都可以有效的提高Ti(C,N)基金属陶陶的抗弯强度。     

冷却方式对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响

采用真空烧结工艺制备微米级Ti(C,N)基金属陶瓷。通过XRD、SEM等研究了液相烧结后,冷却方式对微米级Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织、力学性能的影响。试验结果表明,烧结后随炉冷却,烧结体可获得较均匀的显微组织,且环形相完整且厚度适中;冷却时,在液相阶段增加保温台阶,晶粒有所长大且有发生团聚现象发生,环形相变厚,导致材料的力学性能下降。微米级Ti(C,N)基金属陶瓷烧结后合适的冷却方式为无保温、随炉冷却。     

不同后角的Ti(C,N)基金属陶瓷刀具切削过程的DEFORM-3D有限元模拟

采用XRD、SEM、EDS方法分析金属陶瓷的显微组织,并测试其室温力学性能。在DEFORM有限元模拟软件中建立三维切削有限元模型,对不同后角的切削过程进行仿真模拟。对等效应力场、温度分布及磨损量模拟结果进行分析,分析结果表明切削正火态AISI-1045钢时,金属陶瓷刀具的最佳后角为5°。切削实验参数与有限元模拟参数相一致,切削实验结果表明,刀具后角5°切削时,金属陶瓷刀具的耐用度最好,验证了有限元模拟预测的正确性。     

不同碳/氮比的Ti(C x , N1- x )基金属陶瓷的显微组织与性能

Ti(C_x,N_1-x)基金属陶瓷是用不同碳氮比制造的。研究了碳/氮比对芯-环结构和金属陶瓷性能的影响。结果表明，由于孔太多， Ti(C_0.5,N_0.5)基金属陶瓷的性能较差。随着碳/氮比的增加，白核/灰环的形成率降低，并且微观结构的均匀性增强。因此，基于 Ti(C_0.7,N_0.3)的金属陶瓷显示出优异的力学性能，但有少量的孔隙和较低的相对密度。与Ti(C_0.7,N_0.3)基金属陶瓷相比，TiC基金属陶瓷在没有N元素的情况下具有较高的相对密度且无孔隙，但其晶粒较粗大。为了获得细晶粒和高密度的显微组织，将0.25%Cr₃C₂-0.75%VC（质量分数）引入到TiC基金属陶瓷中，获得了优异的硬度、横向断裂强度和韧性。另外，在Ti(C_0.7,N_0.3)基金属陶瓷中也添加了0.25%Cr₃C₂-0.75%VC，但其力学性能低于Ti(C_0.7,N_0.3)的金属陶瓷，这是因为细颗粒和反应颗粒与Ti(C,N)发生了急性固溶反应。研究了基于不同C/N比的Ti(C_x,N_1-x)基金属陶瓷的切削性能和摩擦性能。结果表明，具有0.25%Cr₂C₃-0.75%VC的TiC基金属陶瓷在室温下的摩擦系数最低，为0.15，在1000 r/min的高速切削过程中，使用寿命最长。     

(Ti,W,Ta)(C,N)_p/Ti(C,N)基金属陶瓷的组织与性能

采用自制的多元复式碳氮化物陶瓷粉末 ((Ti,W,Ta) (C,N) p)制备 (Ti,W,Ta) (C,N) p/Ti(C,N)基金属陶瓷。研究了 (Ti,W,Ta) (C,N) p 粉末的组织结构特征及其加入对金属陶瓷的组织及性能的影响。结果表明 ,多元复式碳氮化物粉末的晶格常数与元素的固溶度有很好的对应关系 ,调整粉末中元素的固溶度可控制粉末的晶格常数 ,进而控制材料的性能。 Ti(C,N)基金属陶瓷中 (Ti,W,Ta) (C,N) p 粉末的加入 ,有利于重金属元素 W和 Ta向粘结相中扩散 ,从而降低了硬质相在粘结相中的溶解度 ,阻碍了晶粒长大。(Ti,W,Ta) (C,N) p/Ti(C,N)基金属陶瓷各项性能指标优于 Ti(C,N)基金属陶瓷和国外对应的金属陶瓷牌号 CT5 2 5的产品。强化机制主要表现为细晶强化与固溶强化。