Ti(C,N)基金属陶瓷材料的组织与性能

系统总结了近年来研究的Ti(C,N)基金属陶瓷材料的基本成分、制备过程、工艺处理及其组织与性能,阐述了影响Ti(C,N)基金属陶瓷材料性能的因素,提出了改善Ti(C,N)基金属陶瓷材料性能的努力方向.     

金属陶瓷与金属焊接技术的研究现状与展望

Ti(C,N)基金属陶瓷与金属的焊接是Ti(C,N)基金属陶瓷材料得以发展和应用的关键技术之一.介绍了Ti(C,N)基金属陶瓷材料的特点和应用现状,概述了金属陶瓷与金属焊接的技术方法及其研究进展,展望了金属陶瓷与金属焊接技术的应用前景.     

Ti(C,N)材料的研究进展

分别介绍了Ti(C,N)陶瓷材料、Ti(C,N)基金属陶瓷材料和Ti(C,N)基复相陶瓷材料的组织结构、性能、优势及其制备方法。Ti(C,N)陶瓷材料的制备方法主要有气相沉积法、激光熔覆法和自反应喷涂法,Ti(C,N)基金属陶瓷材料的制备方法主要有粉末冶金法和自蔓延高温合成法,Ti(C,N)基复相陶瓷材料的制备方法主要有自反应喷射成形法和自反应喷涂法。最后介绍了Ti(C,N)材料的应用及其应用的局限性。     

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.     

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。     

Ti(C,N)基金属陶瓷/AgCuTi/40Cr钎焊接头组织和机械性能研究

在真空钎焊炉中采用活性钎料AgCuTi,成功将Ti(C,N)基金属陶瓷和金属40Cr进行钎焊连接,形成了Ti(C,N)基金属陶瓷/AgCuTi/40Cr钎焊接头.采用SEM、EDS和XRD等手段对Ti(C,N)基金属陶瓷/AgCuTi/40Cr钎焊接头的形貌组织进行了分析,研究了钎焊接头的机械性能,得到了Ti(C,N)...     

Si_3N_4晶须对TiC_(0.7)N_(0.3)-WC-TaC-Mo-(Ni,Co)金属陶瓷组织和性能的影响研究

采用粉末冶金工艺制备了含有不同亚微米级Si3N4晶须含量的Ti(C,N)基金属陶瓷材料。利用密度测试仪、抗弯强度测试仪、维氏硬度测试仪、X射线衍射分析仪和扫描电镜等仪器设备检测分析了材料的力学性能和组织结构,研究了亚微米级Si3N4晶须对Ti(C,N)基金属陶瓷材料的组织结构和性能的影响。结果表明,本实验采用的球磨混料工艺,能较好地将各原始组元充分分散,均匀分布。添加到Ti(C,N)基金属陶瓷材料中的Si3N4晶须能通过桥联和拔出机制增加材料断裂韧性,提高材料断裂强度和显微硬度。但是,大长径比Si3N4晶须会引起材料孔隙率上升,对材料性能产生不利影响。     

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.     

碳纳米管增韧超细Ti(C|N)基金属陶瓷

Ti(C,N)基金属陶瓷的低韧性限制了其广泛应用于切削刀具领域。为探究碳纳米管对超细Ti(C,N)基金属陶瓷断裂韧性的影响,采用化学镀工艺在碳纳米管表面镀Ni,采用粉末冶金法真空烧结制备了不同碳纳米管含量的超细Ti(C,N)基金属陶瓷。研究了不同含量镀镍和未镀镍的碳纳米管对Ti(C,N)金属陶瓷组织和断裂韧性的影响。扫描电镜照片表明 , 添加CNTs后,组织中出现无芯晶粒及微孔洞。压痕法测试断裂韧性的结果表明,纳米管的加入使超细Ti(C,N)金属陶瓷的断裂韧性提高 29. 4 %～62. 7 % , 碳纳米管增韧机制为裂纹偏转和桥接增韧、无芯晶粒增韧及微孔洞增韧。此外,随着碳纳米管含量的增加,超细CNTs/Ti(C,N)金属陶瓷复合材料的相对密度和硬度均有轻微下降。添加镀镍和未镀镍碳纳米管对超细Ti(C,N)金属陶瓷都具有很好的增韧作用。     

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.     

实现Ti(C,N)基金属陶瓷强韧化的技术路径

Ti(C,N)基金属陶瓷因具有高强度、高硬度、耐高温、耐酸碱、耐磨损等优良性能而被广泛应用于刀具、模具等。在高温切削加工时,金属陶瓷刀具不但具有优良的抗粘附性和热稳定性,还拥有比硬质合金刀具更好的高温红硬性、耐磨性和抗氧化性,并且具有自润滑性能。在日本,金属陶瓷刀具的应用占全部刀具的35%以上,欧美等国也达到20%以上,而在我国,金属陶瓷刀具和陶瓷刀具主要依靠进口,金属陶瓷刀具的使用量仅占刀具总量的3%。由此可见,我国金属陶瓷刀具的研发与生产应用远远落后于发达国家。为实现把我国建设成为全球制造业强国的梦想,必须加快我国金属陶瓷刀具研发、生产与推广应用,以改善加工业的加工精度和产品表面光洁度,提高加工业的加工效率,保证制造业零部件的高质量,全面提高我国制造业水平。虽然Ti(C,N)基金属陶瓷刀具比传统的硬质合金刀具有更好的高温红硬性、耐磨性和抗氧化性,但是冲击韧性、断裂强度较差及高温强度不够是其致命的缺点。为此,国内外学者在Ti(C,N)基金属陶瓷的强韧性方面展开大量的研究工作,并取得了一定的研究成果。研究工作主要集中在:(1)陶瓷相与金属相的成分;(2)烧结工艺;(3)引入纳米增强体。近两年来,由于钼、钴的资源短缺与价格上涨,从实际生产成本和高性能等方面考虑,一些学者还对无钼无钴、掺高熵合金Ti(C,N)基金属陶瓷的性能进行了研究。本文采用比较法,对有关Ti(C,N)基金属陶瓷材料强韧化的研究成果进行了分类、归纳与总结,从而得出了影响Ti(C,N)基金属陶瓷材料强韧化的三个因素——组成成分、显微结构和烧结工艺,并就此展开讨论;介绍了当前增强增韧Ti(C,N)基金属陶瓷的三种主要方法——纳米颗粒改性增韧法、晶须增韧法和纤维增韧法;最后提出关于今后Ti(C,N)基金属陶瓷材料的强韧化研究亟待解决的问题与发展方向。     

采用BNi-7的Ti（C，N）基金属陶瓷与17-4PH沉淀硬化不锈钢的真空钎焊研究

采用镍基共晶钎料BNi-7对Ti（C,N）基金属陶瓷与17—4PH沉淀硬化不锈钢行了真空钎焊连接。研究了钎焊温度和焊缝厚度对焊接接头力学性能和微观结构的影响。结果表明,BNi-7对金属陶瓷粘结相具有较强的溶解能力,这是熔降元素（磷）能够在金属陶瓷侧大范围分布、钎焊接头获得良好界面结合的主要原因。随钎焊温度升高,磷在金属...     

Cr3C2含量对Ti(C,N)基金属陶瓷力学性能的影响

采用热压烧结工艺制备了添加微量Mo2C的Ti(C0.5N0.5)-(Ni-Co)-Mo2C-Cr3C2系Ti(C，N)基金属陶瓷。对三种不同Cr3C2含量材料的力学性能、断口形貌和磨削表面压痕裂纹扩展进行了研究，结果表明：Cr3C2含量增加，抗弯强度呈增加趋势；Cr3C2含量低于8％(质量分数，下同)时，材料的断裂韧性下降不大，Cr3C2含量超过8％后，Cr3C2含量增加，材料的断裂韧性急剧降低。     

Interfacial structure and strength on Ti(C,N) joint using liquid phase diffusion bonding with Ti/Ni interlayer

Abstract

Partial transient liquid phase diffusion bonding (PTLP-DB) on Ti(C,N) cermet was studied in the present paper using Ti/Ni/Ti foil sandwich structure as the interlayer. The interfacial structure and element distribution at the interface were observed using SEM, electron probe microanalysis and X-ray diffraction. The joint strength was measured using four-point bending test. The results showed that metallurgical bonding between Ti(C,N) cermet was achieved using PTLP-DB. Near Ti(C,N) cermet side, a strong chemical reaction occurred to produce an interfacial multilayer containing Ti–Al and Ti–Ni intermetallics. Different bonding times during PTLP-DB were also studied, and there was an optimum time during bonding. With a shorter bonding time, voids were observed at the interface, while with a prolonged time, the bending strength on the joints also decreased due to the overgrowth on intermetallic layer and the existence of high gradient residual stress at the interface.     

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。     

无钴Ti（C,N）基金属陶瓷与3Cr2W8V钢的热疲劳行为差异

采用热疲劳龟裂网纹模拟法，定性地研究了无钴Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）基金陶瓷与３Ｃｒ２Ｗ８Ｖ钢的热疲劳行为差异。结果表明，在相同周次的热循环下，前者热疲劳裂纹呈粗大交叉的直线，起源于试样棱边的尖角处，并以较快的速度进入失稳扩展，后者形成细小典型的龟裂网纹，扩展缓慢，显示出热疲劳抗力高于前者。     

硬质相粒度对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)基和WC基金属陶瓷的断裂韧性,结果发现,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,而WC基金属陶瓷的断裂韧性随硬质相粒度的增大而增大。产生上述现象的主要原因与硬质相的晶体结构有关:在室温条件下,面心立方结构的Ti(C,N)晶体中可能存在｛110｝<11 0>和｛111｝<11 0>两个滑移族(含18个独立滑移系);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。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,Ti(C,N)呈现较强的脆性断裂特征。而密排六方结构的WC晶体只有｛101 0｝<112 3>一个滑移族(含4个独立的滑移系);由于取向不利,裂纹难以连续穿晶扩展,且随WC粒度的增大,其对裂纹的偏转和分叉作用增强,从而导致断裂面表面积增大而增韧。     

石墨烯/纳米Al2O3增韧Ti(C,N)基金属陶瓷的力学及摩擦磨损性能

采用真空热压烧结工艺制备了石墨烯(GNPs)和纳米Al₂O₃增韧的Ti(C,N)基金属陶瓷复合刀具材料(TAG)。研究了GNPs和纳米Al₂O₃对复合陶瓷材料微观结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响。研究表明,GNPs和纳米Al₂O₃的添加对复合陶瓷材料的力学性能有明显的提高,当GNPs和纳米Al₂O₃含量(质量分数)为1%和5%时,复合刀具陶瓷材料(TA5G1)综合力学性能最优,其硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为21.50 GPa、810.80 MPa和10.51 MPa·m^1/2。研究了复合刀具材料的摩擦磨损性能和磨损机理,研究结果表明,在TAG复合刀具材料中,TA5G1的摩擦磨损性能最优,其摩擦系数和磨损率分别为0.338和4.921×10^-6 mm³/(N·m),复合刀具材料的主要磨损形式为磨粒磨损和黏着磨损。