Ti(C,N)基金属陶瓷烧结过程的冶金基础及其显微组织特征Ⅱ芯-环结构的形成机理及烧结过程中的脱气演化

综述了Ti(C,N)基金属陶瓷烧结过程中的冶金反应规律.介绍和分析了Ti(C,N)基金属陶瓷典型芯-环结构组织的形成过程和机理,以及烧结过程的脱气现象和规律.     

Ti(C,N)/AlCoCrFeNi金属陶瓷烧结过程中的粘结相表面富集行为研究

通过分析合金表面形貌以及表面物相,研究了新型Ti(C,N)/AlCoCrFeNi金属陶瓷烧结过程中粘结相的表面富集行为。结果表明,在1 300℃下烧结60min后,合金烧结体表面发生了明显的富集,并形成了第三相,即类似M_6C结构的缺碳相(η)。该现象的产生主要归因于烧结过程中,表面脱碳形成了表面和内部的碳浓度差、固溶体浓度差以及温度差,促使金属元素钨、钽、钛、钼以扩散的方式向内迁移,表面的低碳造成合金的共晶温度提高,表面的液相量减少从而产生负压张力,导致内部的液相向表面迁移。另外,由于合金微观组织中体积含量不同的粘结相区域产生压力差,导致在烧结过程中富钨区的粘结相倾向于向液相量低的贫钨区迁移,使得金属粘结相逐渐向表面迁移、渗透,富集于表面。     

添加AIN对Ti(C,N)基金属陶瓷力学性能和显微组织的影响

试验研究结果表明,适量加入AlN能够提高Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度和硬度.原因是烧结中AlN发生了分解,在粘结相中形成强化相γ’,从而强化了粘结相.     

Ti(C, N)基金属陶瓷中环形相的本质及形成过程

研究了Ti(C,N)基金属陶瓷中环形相的本质及生长过程.结果表明,环形相具有同TiC相同的晶体结构和位向关系,且点阵参数相近,环形相可用分子式(Ti,W,Mo)(C,N)来表示.环形相在固相烧结阶段通过扩散就开始形成,并在液相烧结阶段得以较快生长.文中还给出了环形相生长过程的模型图.     

Ti(C,N)/AlCoCrFeNi基金属陶瓷烧结过程中的微观结构和相变

采用在不同温度下真空烧结制备Ti(C_(0.7)N_(0.3))-WC-Mo_2C-TaC-AlCoCrFeNi体系金属陶瓷。用X射线衍射和背散射扫描电镜研究了该金属陶瓷在烧结过程中的微观结构形成和相转变规律。研究结果表明,多主元AlCoCrFeNi高熵合金粘结相的引入一方面延长了WC扩散固溶形成(W,M)C环形相的过程,抑制了灰色外环相的生长,使得组织中几乎很难观察到连续分布的外环相。另一方面在烧结的初期阶段,组织中形成了大量的M_6C型η相,并且含量随着温度的升高而减少,在1350℃之后η相逐渐溶解消失。     

Ti(C,N)基金属陶瓷的烧结工艺研究

采用真空烧结工艺制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,研究了烧结温度和保温时间对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响,并用SEM观察其断口形貌.结果表明:随着烧结温度的升高,金属陶瓷的组织逐渐变得均匀,硬质颗粒逐渐球化,且其环形相逐渐变得完整;温度过高,保温时间过长,晶粒都会明显长大,环形相变厚,导致材料性能下降.经1440℃烧结,保温60min,可获得较佳的性能,其抗弯强度达1914.2MPa,硬度HRA达90.1.     

Ni和Ti的添加对Al2O3-Ti（C,N）复合材料性能的影响

研究了Ni和Ti的添加对真空热压烧结方法制备的Al2O3-Ti(C,N)陶瓷基复合材料的显微组织和力学性能的影响.发现添加Ni和Ti的复合材料主要由Al2O3、Ti(C,N)和Ni组成,没有发现存在金属Ti.Ti由于非常活泼,在热压烧结过程中可能与石墨模具产生的含C气氛反应生成TiC,或与高温下Ti(C,N)的少量分解产生的N2气氛反应生成TiN,这有利于减少复合材料中的气孔.适量添加Ni可通过液相烧结促进复合材料的致密化,提高复合材料的相对密度,并能通过产生裂纹偏转和裂纹桥联提高复合材料的断裂韧性.热压温度为1550℃、等摩尔比的Ni和Ti混合粉末添加量为5vol%时,Al2O3-Ti(C,N)-Ni-Ti复合材料的相对密度为99.6%,硬度为21GPa,抗弯强度为818MPa,断裂韧性为8.1 MPa.m1/2.     

超细/纳米粉末改进Ti(C,N)基金属陶瓷性能研究进展

综述了近几年超细或纳米粉末改进Ti(C,N)基金属陶瓷性能的方法,简要分析了含超细或纳米粉末Ti(C,N)基金属陶瓷的致密化问题.总结了真空烧结 热等静压处理和放电等离子烧结的特点,并分析了微波烧结和等离子活化烧结制备Ti(C,N)基金属陶瓷的可能性.     

金属陶瓷刀具切削不锈钢的磨损机理研究

利用真空烧结工艺制备了纳米复合Ti(C,N)基金属陶瓷刀片.进行了奥氏体不锈钢的单因素切削试验,并利用SEM、EPMA对金属陶瓷刀具的磨损失效机理进行了详细的研究.结果表明:纳米复合Ti(C,N)基金属陶瓷刀片在切削奥氏体不锈钢时表现出较高的耐磨性,其主要的磨损失效机理为粘结磨损,同时伴随一定的氧化磨损和扩散磨损.     

纳米Ti(C,N)增强Ti(C,N)基金属陶瓷的制备研究

采用Ti(C,N)纳米粉末制备Ti(C,N)基金属陶瓷.研究了烧结温度、保温时间和升温速度等工艺参数对含10wt％纳米粉末的Ti(C,N)基金属陶瓷性能的影响,得到优化烧结工艺为1450℃,保温75min,升温速度3℃/min.用优化工艺制备的Ti(C,N)基金属陶瓷抗弯强度提高了约36.7％,增强机理主要表现为细晶强化、弥散强化和固溶强化.     

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。     

Ti(C,N)基金属陶瓷的组织结构与合金化

Ti(C,N)基金属陶瓷的高温红硬性、耐磨性和抗氧化性好,与金属材料间的摩擦系数低,是制作工模具和耐磨零部件的理想材料.简要介绍了合金化成分对Ti(C,N)基金属陶瓷组织结构和力学性能的影响以及多元(Ti,M)(C,N)固溶体粉末制备和金属陶瓷烧结技术的研究现状.     

低压烧结温度对Ti(C,N)基金属陶瓷显微结构和力学性能的影响

采用低压烧结技术制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,通过SEM与XRD观察了不同烧结温度下合金的显微结构和物相组成,并对比了合金的力学性能。结果表明,合金的显微结构以黑芯/白环结构为主,物相中仅存在(Ti、W、Mo、Ta)(C,N)和Ni/Co固溶体;随着烧结温度的提高,合金组织逐渐均匀化,抗弯强度和硬度呈现先增大后减小的趋势。1450℃时,合金综合性能最佳,抗弯强度为1774MPa,维氏硬度为1682MPa。     

纳米复合Ti(C,N)基金属陶瓷放电等离子烧结与真空烧结对比研究

通过放电等离子烧结(SPS)和真空烧结(VS)制备纳米复合Ti(C,N)基金属陶瓷,利用光学显微镜、扫描电镜等观察试样的收缩特性与微观结构、孔隙率与机械性能,并进行了对比研究,结果表明:①在常规真空烧结过程中,试样的收缩主要发生在1000～1300℃温度范围内,且仅有0.2%的收缩发生在800℃以下;而在放电等离子烧结中,由于一开始就有压力作用,试样收缩的60%发生在800℃以下.②由于放电等离子烧结试样的孔隙率要远高于真空烧结试样,从而使其抗弯强度和硬度低于真空烧结试样.③放电等离子烧结试样的显微结构主要为白芯/灰壳结构,甚至没有明显的芯/壳结构,而真空烧结则主要为黑芯/灰壳结构.     

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。     

硬质相粒度对Ti（C,N）基金属陶瓷断裂韧性的影响

用压痕法测定了具有不同粒度硬质相的Ti(C,N)基金属陶瓷的断裂韧度,结果发现,当成分和制备工艺不变时,Ti(C,N)基金属陶瓷的断裂韧性随硬质相粒度的增大而减小,进一步分析表明,当Ti(C,N)颗粒较粗时,极易发生穿晶断裂,并且裂纹连续穿晶扩展时亦不会发生显著的偏转或分叉,金属陶瓷呈现较强的脆性断裂特征,而当Ti(C,N)颗粒较细时穿晶断裂几率大大减小,裂纹较易沿Ti(C,N)颗粒与粘结相的界面扩展,导致脆性断裂现象减少和裂纹偏转而增韧。产生上述现象的主要原因与Ti(C,N)晶体的结构有关,面心立方结构的Ti(C,N)晶体中可能存在多个潜在的滑移面和滑移系,裂纹从一个Ti(C,N)颗粒扩展至另一个Ti(C,N)颗粒时很容易形成取向有利。     

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。     

掺杂对TiC基金属陶瓷性能的影响

采用回归正交法设计掺杂TiC试样真空炉烧结试验,通过测定烧结样的电阻率、抗弯强度、线收缩率,研究了掺杂成分对TiC基金属陶瓷导电性、致密性、力学性能的影响。分析发现,掺杂对烧结体的电阻率影响不显著;烧结体的线收缩率随Cu含量增加而提高,随Ti(C,N)、Co含量增加而下降,Ti(C,N)的影响大于Co;烧结体的抗弯强度随Cu、Ni含量增加而提高,增加Ti(C,N)、Co含量,烧结体的抗弯强度呈现先增后减的变化,其中Cu的影响最大;Cr3C2对烧结体的线收缩率、抗弯强度基本不产生影响。综合对TiC烧结体的导电性、抗弯强度、线收缩率影响来看,较有益的成分是Cu,其次是Ni。     

VC/Cr3C2添加剂与烧结温度对超细WC-12Co硬质合金的影响

为了有效控制烧结过程中WC晶粒的长大,获得高强度高硬度的超细硬质合金,采用扫描电镜、拉伸机和洛氏硬度仪研究了不同质量分数及配比的VC/Cr3C2晶粒长大抑制剂和烧结温度对超细WC-12Co硬质合金的显微组织及力学性能的影响,并结合试验结果分析了超细硬质合金中VC/Cr3C2晶粒长大抑制剂的作用机理.结果表明,添加适量VC/Cr3C2晶粒长大抑制剂的超细硬质合金中WC晶粒尺寸分布集中,不存在明显的组织缺陷,合金具有细而均匀的微观组织及优异的力学性能.当晶粒长大抑制剂(质量分数)为0.2%VC/0.5%Cr3C2,1450℃烧结制备WC-12Co超细硬质合金的抗弯强度为3710MPa,硬度(HRA)为91.5.VC/Cr3C2晶粒长大抑制剂的作用机理为:VC主要与WC反应生成(W,V)C固溶体聚集在WC/Co界面,降低WC/Co界面能,Cr3C2主要固溶在粘结相中,导致WC在粘结相中的溶解度降低,二者的综合作用减缓了粘结相中WC溶解-析出过程,从而抑制烧结过程中WC晶粒的长大.     

TiH2粉末烧结研究进展

目的 研究烧结温度、升温速率、压制压力分别对TiH2粉末压坯脱氢相演变过程以及显微组织的影响规律.方法 采用氢化钛(TiH2)粉末为原料,经过压制和真空烧结制备粉末冶金Ti材料,结合原位中子粉末衍射、差示扫描量热法等技术,表征TiH2粉末压坯在烧结过程中的显微形貌及相变过程.结果 在真空烧结条件下,TiH2粉末压坯的脱...