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...     

Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料的制备及应用

概述了近年来Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料的制备及应用研究成果,分析指出,研究的关键在于提高Ti(C,N)基金属陶瓷的强韧性,同时在保证材料性能的前提下不用或少用钴等稀缺资源,对该材料的发展具有重要意义.     

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.     

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.     

纳米粉改性Ti(C,N)基金属陶瓷制备的研究

用三点弯曲实验和显微分析评价了在基体中添加纳米粉和晶粒长大抑制剂对制备纳米粉改性Ti(C,N)基金属陶瓷的力学性能和微观组织的影响.实验结果表明:基体中添加纳米粉含量为5wt%,单向冷模压制压力控制在110～150MPa,最高烧结温度的保温时间为10min时,烧结坯的抗弯强度(TRS)达到2112 MPa,洛氏硬度(HRA)为90;晶粒长大抑制剂(1wt%TaC 0.5wt%Cr3C2)能较好地抑制晶粒长大.     

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。     

纳米TiC增强Ti(C、N)基金属陶瓷材料的组织与性能研究

采用自制的纳米TiC粉末制备Ti(C、N)基金属陶瓷。研究了纳米粉末对金属陶瓷组织及性能的影响。结果表明，粉末冶金过程中，纳米TiC粉末易于在粘结相中扩散与溶解及沿晶界分布．降低了硬质相在粘结相中的溶解度．抑制了晶粒长大，同时微观上造成局部富C和稳定了硬质相中的C含量，使金属陶瓷材料的环形相增多尺寸增厚。抗弯强度与晶粒尺寸满足于Hall-Petch公式，5％～10％(质量分数)的纳米粉末加入量可使金属陶瓷的抗弯强度得到较大的提高，但硬度与晶粒尺寸的关系反Hall-Petch公式。     

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)/AlCoCrFeNi金属陶瓷的高温抗氧化机理

本文从热力学角度和氧化膜完整性两方面深入研究了Ti(C,N)/AlCoCrFeNi金属陶瓷的高温抗氧化机理。结果表明,多主元AlCoCrFeNi高熵合金的引入对Ti(C,N)基金属陶瓷抗氧化性能的显著提升主要归因于氧化过程中粘结相组元Al、Cr活性较强,倾向于被优先氧化,其形成的AlTiO5和Cr_4WO_6复合氧化膜不仅自身组织致密度高,对基体有完整的覆盖性,且能有效减小氧化膜的生长应力,遏制氧化膜的破裂剥落,使得氧化膜与合金基体结合紧密,从而氧的传输被极大地抑制,有效减缓了氧化进程。     

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。     

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)基金属陶瓷烧结过程的冶金基础及其显微组织特征Ⅰ烧结过程的冶金基础

综述了Ti(C,N)基金属陶瓷烧结过程中的冶金基础.涉及烧结冶金过程中的几个重要的基础问题:Ti(C,N)的稳定性,粘结相同硬质相的润湿性,碳、氮化合物在粘结上中的溶解度及其选择溶解性.     

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。     

碳含量对超细Ti(C,N)基金属陶瓷的结构及性能的影响

采用电子扫描显微镜、能量弥散X射线探测器、X射线衍射仪,研究了不同碳含量的Ti(C,N)基金属陶瓷的显微结构。同时测量了它们的维氏硬度以及横向断裂强度。实验结果表明:随着碳含量的增加,晶粒越细,降低了黏结相中钨、钼的溶解度,并使得重芯相(Ti,Mo,W)(C,N)的体积分数增加。如果添加的碳含量过少或者过多,都将使相组成偏离正常的两相区,生成第三相;碳添加量过少,则生成η相,过多则生成游离碳;而第三相的生成将显著降低金属陶瓷的机械性能。     

Ti(C,N)基金属陶瓷的价电子结构及润湿性研究

在阐述Ti(C,N)基金属陶瓷的典型组织结构及润湿性的基础上,分析了Ti(C,N)基金属陶瓷中不同碳化物及碳含量对价电子结构及润湿性的影响.发现添加不同的碳化物时,Mo2C对改善润湿性的效果最明显,而VC对价电子结构参数nA影响最大.并且得出,在一定范围内,随碳含量的增加,不仅价电子结构参数nA增大,而且润湿性也明显改善.     

Ti(C,N)基金属陶瓷界面问题的研究进展

对Ti(C,N)基金属陶瓷的界面结构特点及界面上的成分分布、界面上Rim相（环形相）的形成机理、影响界面上环形相及界面上的成分分布的主要因素进行了评述。最后指出了金属陶瓷界面研究方面应该注意的问题。     

Ti(C,N)基金属陶瓷的研究进展

介绍了Ti(C,N)基金属陶瓷的晶体结构和高温力学性能,综述了其主要制备方法和研究进展,详细地分析了其冶金机理和相结构特点,并讨论了环型相的形成机理及缺点,最后指出了Ti(C,N)基金属陶瓷研究方向和提高其性能的基本途径,并认为系统考虑其相平衡、粉末冶金机制和加工工艺是制备性能优良的Ti(C,N)基金属陶瓷刀具和涂层的关键.     

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.     

Carbon nanotube/ultrafine grade Ti(C,N) based cermets composite

Abstract

Effects of CNT addition on the microstructure and mechanical properties of Ti(C,N)–WC–Mo–Ni cermets were studied. Ti(C,N) based cermets present the typical dark core/grey rim and white core/grey rim grains. The amount of the typical dark core/grey rim grains decreases with the increase in CNT addition. For 1 wt-% CNT addition, the value of TRS is 1174·5 MPa, which is about 1·45 times than that of cermet without CNT addition whose strength is 807·3 MPa. The cermet with 5·0 wt-% CNTs increased the fracture toughness from 10·2 to 15·9 MPa m^1/2. The hardness does not change initially, decreases with further increase in the addition of CNTs.     

Ti(C,N)基金属陶瓷功能梯度材料的制备

利用热等静压技术高温高压的特点,在金属陶瓷的基体上获得了硬质梯度涂层.借助扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计和电子探针分析技术对N化后材料的组织、结构、性能进行了测试分析.结果表明,高温高压N化能在表面形成硬质梯度薄膜,表面区域N的活度梯度是促使各合金元素迁移形成氮化表面层特征组织的最终驱动力.表面硬度和心部韧性提高,并且硬度由表及里逐渐减小,这是由于高温高压氮化处理使材料中的孔洞闭合,微裂纹和缺陷的减少使得材料的性能得到显著提高.