Ni含量对TiB_2基复合陶瓷刀具材料微观组织及力学性能的影响

以作Ni为金属烧结剂,采用真空热压烧结技术,在1650℃下制备了含Ni量不同的Ti B_2基复合陶瓷刀具材料。研究了Ni含量对Ti B_2基复合陶瓷刀具材料微观组织和力学性能的影响,结果表明:随着Ni含量的增加,Ti B_2基复合陶瓷刀具材料微观组织中的缺陷先减少后增多,抗弯强度、断裂韧度和硬度也随着先增大后减小;当Ni含量为8wt%时,微观组织的缺陷少、力学性能良好,此时的相对密度为(99.3±0.3)%,抗弯强度为(952.3±86.2)MPa,断裂韧度为(7.3±0.3)MPa·m~(1/2),硬度为(22.4±0.6)GPa。     

烧结温度对短切碳纤维增强WC-TaC-C_(sf)刀具材料组织及性能的影响

以Ni为粘结相,TaC为抑制剂,短切碳纤维(C_(sf))为增强相,采用真空热压烧结技术,分别在1450、1500、1550、1600℃的烧结温度下,制备了短切碳纤维增韧补强WC-TaC-C_(sf)刀具材料,研究了烧结温度对其微观组织及力学性能的影响。结果表明:随着烧结温度的升高,刀具材料晶粒的均匀性先逐渐变好后变坏,烧结温度为1550℃时,刀具材料可获得良好的微观组织。同时,随着烧结温度的升高,材料的硬度、抗弯强度和断裂韧度均先逐渐增大后减小;当烧结温度为1550℃时,获得最佳的力学性能,此时的硬度、抗弯强度和断裂韧度分别为(13.57±0.22)GPa、(1351.15±23)MPa、(15.31±0.16)MPa·m~(1/2)。     

短切碳纤维含量对WC基复合陶瓷刀具材料微观组织及力学性能的影响

以Ni为粘结相,短切碳纤维(C_(sf))为增强相,采用真空热压烧结技术,在1600℃下制备了含不同C_(sf)量的WC基复合陶瓷刀具材料。研究了C_(sf)的含量对WC基复合陶瓷刀具材料微观组织和力学性能的影响。结果表明:加入C_(sf)后,WC基复合陶瓷刀具材料晶粒明显细化,并随着C_(sf)的增多,WC基复合陶瓷刀具材料的硬度下降,抗弯强度和断裂韧度增大;当C_(sf)含量为0.8wt%时,力学性能良好,此时的抗弯强度为(921.32±24.20)MPa,断裂韧度为(13.01±0.26)MPa·m~(1/2),硬度为(16.92±0.23)GPa。     

NiMo粘结的Ti(C,N)基金属陶瓷的组织与力学性能

本文通过粉末冶金法制备Ni Mo粘结的Ti(C,N)基金属陶瓷,研究Ni Mo粘结相含量和烧结温度对Ni Mo粘结的Ti(C,N)基金属陶瓷的组织和力学性能的影响。结果表明,随着Ni Mo粘结相含量的增加,硬质相颗粒弥散分布更加均匀,黑芯相得到细化,芯-环结构更加完整,环形相变厚,组织更加均匀。当Ni质量分数为30%时,在XRD图谱中出现明显的Ni4Mo类型的金属间化合物的衍射峰。粘结相含量越高,Ni Mo粘结的Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度越高,硬度越低。随着烧结温度升高,黑芯相尺寸变小,环形相变厚。抗弯强度随着温度先升高后降低,粘结相含量越高,抗弯强度峰值对应的烧结温度越低。1 430℃烧结的20Ni Mo金属陶瓷硬度HRA达到91,抗弯强度大于2 000 MPa。     

真空热压烧结刀具的制备与性能研究

采用真空热压烧结的方法制备了不同组分配比的机械加工刀具材料,研究了WC含量和(Ni,Mo)含量对刀具材料物相组分、显微形貌、相对密度和力学性能的影响。结果表明,WC20刀具材料中除Ti B2、Ti N和MoNi4相外,还含有WC、W2C、Ti C和Ni4B3相;随着WC含量的增加,刀具材料的相对密度先增加而后减小,WC含量为20%时取得相对密度最大值;随着WC含量的增加,刀具材料的维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性都呈现先增加而后减小的趋势。WC含量为30%时取得维氏硬度最大值(18.9 GPa),WC含量为20%时取得抗弯强度和断裂韧性最大值,分别为872 MPa和7.1 MPa.m1/2;随着(Ni,Mo)含量从5%增加至10%,刀具材料的维氏硬度逐渐降低、抗弯强度逐渐升高,而断裂韧性表现为先升高而后减小的趋势;WC增强Ti B2-Ti N基刀具材料的适宜WC添加量为20%、烧结助剂(Ni,Mo)含量为8%。     

多层石墨烯添加量对Ti(C_(0.7),N_(0.3))基金属陶瓷组织和力学性能的影响

本文采用低压烧结工艺制备了不同石墨烯含量的Ti(C_(0.7),N_(0.3))基金属陶瓷刀具材料,采用扫描电子显微镜(SEM)和光学显微镜(OM)对材料进行微观结构分析,通过X射线衍射(XRD)对材料进行物相分析,测试了金属陶瓷的密度、硬度、抗弯强度、断裂韧性等力学性能,研究了石墨烯添加量对Ti(C_(0.7),N_(0.3))基金属陶瓷组织和力学性能的影响。结果表明,石墨烯的加入并未改变Ti(C,N)基金属陶瓷的组织结构特征,却可以有效增韧Ti(C_(0.7),N_(0.3))基金属陶瓷。随着石墨烯添加量的增加,显微硬度逐渐降低,抗弯强度先上升后下降,断裂韧性呈现先增加后略有下降的趋势。当石墨烯添加量为0.6%时(质量分数,下同),综合力学性能达到最好,在抗弯强度不降低的情况下,断裂韧性提高了32.7%。此时,金属陶瓷的抗弯强度和断裂韧性分别为1 450.8 MPa和12.85 MPa·m~(1/2)。     

放电等离子烧结原位合成MoSi_2-Mo_5Si_3复合材料的组织与性能北大核心CSCD

以Mo,Si粉为原料,采用放电等离子烧结(SPS)原位制备MoSi_2-Mo_5Si_3复合材料,研究不同烧结工艺下材料的微观组织和室温力学性能,并探讨Mo_5Si_3含量对复合材料力学性能、高温氧化和高温摩擦磨损性能的影响。结果表明:在1200℃温度以上SPS能够合成MoSi_2-Mo_5Si_3复合材料。随着烧结温度的升高,复合材料的致密化效果明显加强,但其硬度、抗弯强度和断裂韧性都呈现先升高再降低的趋势;随着烧结压力的提高,复合材料的致密度、硬度和抗弯强度增加,断裂韧性先提高后保持不变;保温时间由3 min增加到9 min时,复合材料的力学性能先提高然后基本保持不变。Mo_5Si_3含量为25%时,MoSi_2-Mo_5Si_3复合材料的力学性能最佳,其相对密度为98.72%,硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为11.27 GPa、331 MPa和5.33 MPa·m^(1/2)。随着Mo_5Si_3含量增加,MoSi_2-Mo_5Si_3复合材料在1200℃的高温抗氧化性能和1000℃的高温耐磨性能都逐渐降低。     

放电等离子烧结原位合成MoSi_2-Mo_5Si_3复合材料的组织与性能

以Mo,Si粉为原料,采用放电等离子烧结(SPS)原位制备MoSi_2-Mo_5Si_3复合材料,研究不同烧结工艺下材料的微观组织和室温力学性能,并探讨Mo_5Si_3含量对复合材料力学性能、高温氧化和高温摩擦磨损性能的影响。结果表明:在1200℃温度以上SPS能够合成MoSi_2-Mo_5Si_3复合材料。随着烧结温度的升高,复合材料的致密化效果明显加强,但其硬度、抗弯强度和断裂韧性都呈现先升高再降低的趋势;随着烧结压力的提高,复合材料的致密度、硬度和抗弯强度增加,断裂韧性先提高后保持不变;保温时间由3 min增加到9 min时,复合材料的力学性能先提高然后基本保持不变。Mo_5Si_3含量为25%时,MoSi_2-Mo_5Si_3复合材料的力学性能最佳,其相对密度为98.72%,硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为11.27 GPa、331 MPa和5.33 MPa·m~(1/2)。随着Mo_5Si_3含量增加,MoSi_2-Mo_5Si_3复合材料在1200℃的高温抗氧化性能和1000℃的高温耐磨性能都逐渐降低。     

SPS反应烧结HfB_2复合材料的制备和性能

针对HfB_2陶瓷材料难烧结和韧性差等问题,选择ZrC粉、Si粉和C粉为烧结助剂,借助ZrC-Si-C间的原位反应生成ZrSi_2和SiC,促进HfB_2陶瓷的烧结,并提高HfB_2陶瓷的综合力学性能。结果表明,HfB_2与烧结助剂的混合粉体经放电等离子烧结(SPS)在1600℃保温10 min和40 MPa的压力条件下制备出相对密度为96.6 1%的HfB_2-ZrSi_2-SiC复合材料,所制样品的硬度、抗弯强度和断裂韧性均随着烧结助剂ZrC-Si-C含量的增加呈现先上升后降低的趋势。当ZrC-Si-C添加量为10%时所制备样品的综合力学性能最好,其硬度值为26.80±1.2 GPa、抗弯强度为504±40 MPa、断裂韧性值为4.66±0.21 MPa·m~(1/2)。     

SPS反应烧结HfB2复合材料的制备和性能

针对HfB2陶瓷材料难烧结和韧性差等问题,选择ZrC粉、Si粉和C粉为烧结助剂,借助ZrC-Si-C间的原位反应生成ZrSi2和SiC,促进HfB2陶瓷的烧结,并提高HfB2陶瓷的综合力学性能。结果表明,HfB2与烧结助剂的混合粉体经放电等离子烧结(SPS)在1600℃保温10 min和40 MPa的压力条件下制备出相对密度为96.6 1%的HfB2-ZrSi2-SiC复合材料,所制样品的硬度、抗弯强度和断裂韧性均随着烧结助剂ZrC-Si-C含量的增加呈现先上升后降低的趋势。当ZrC-Si-C添加量为10%时所制备样品的综合力学性能最好,其硬度值为26.80±1.2 GPa、抗弯强度为504±40 MPa、断裂韧性值为4.66±0.21 MPa·m1/2。     

氮含量对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织与磨粒磨损行为的影响

采用真空烧结方法制备了4种氮含量的Ti(C,N)基金属陶瓷,测试了试样的抗弯强度、硬度、断裂韧性等力学性能,用扫描电镜、能谱仪等研究了N含量对其显微组织及磨粒磨损行为的影响。结果表明:在一定范围内随N含量的增加,硬质相芯部逐渐细化且分布均匀,环形相厚度变薄、体积分数减小;磨粒磨损形貌中犁沟所占的比例减少,微观脆性断裂形成的凹坑增加,耐磨粒磨损性能逐渐提高。随N含量增加,Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度呈现出先增加后减小的趋势,断裂韧度逐渐递减,硬度变化不大。当N含量为3.6%时(文中含量均为质量分数),Ti(C,N)基金属陶瓷综合力学性能最佳,其抗弯强度为1 873 MPa,硬度为89.9 HRA,断裂韧度为20.7 MPa.m1/2。     

钛钒的量之比对(Ti,V)C基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响

以TiC、VC、Co、Ni为原料,通过粉末冶金的方法制备了(Ti,V)C基金属陶瓷,结合XRD、SEMEDS及力学性能测试研究了n_(Ti)/n_V对(Ti,V)C基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响以及(Ti,V)C基金属陶瓷烧结后的物相变化。结果表明:经高温烧结后TiC和VC固溶形成立方相(Ti,V)C。当n_(Ti)/n_V从4增加到15.75时,(Ti,V)C基金属陶瓷的硬度变化波动较小,抗弯强度先增加后降低。当n_(Ti)/n_V=7.35时,(Ti,V)C基金属陶瓷的显微组织得到细化,抗弯强度为1 237 MPa,维氏硬度为1 444 N/mm~2,综合力学性能较佳。     

硬质相比例含量对Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织和力学性能的影响

本文采用真空烧结方法制备Ti(C,N)基金属陶瓷,结合光学金相显微镜、SEM以及力学性能检测等手段,研究了硬质相Ti(C0.5,N0.5)、(Ti39.8W46.9)C的比例含量对金属陶瓷微观性能、力学性能的变化规律。结果表明,经过真空条件1 450℃烧结60 min,不同比例硬质相的金属陶瓷微观组织均出现有明显的核芯/环形结构。随着硬质相(Ti39.8,W46.9)C含量增加,Ti(C0.5,N0.5)相含量减小,黑芯硬质相数量减小,环形相厚度增加,白芯硬质相增加。基体硬度逐渐降低而抗弯强度则逐渐增加,断裂韧性随白芯数量增加而有所提升。通过研究综合性能,当硬质相Ti(C0.5,N0.5)和(Ti39.8W46.9)C的质量分数比例分别为29.6%及29.5%,力学性能最佳,硬度达到92.2±0.3 HRA,抗弯强度为2 050±50MPa,断裂韧性为10.2±0.2 MPa·m1/2。     

Ni_3Al粘结相对Ti(C,N)基金属陶瓷组织性能的影响

采用粉末冶金法制备了Ni3Al做粘结相的Ti(C,N)基金属陶瓷,研究了添加不同含量Ni3Al粘结相的金属陶瓷的力学性能和显微组织并与Ni做粘结相的金属陶瓷进行了对比。结果表明,Ni3Al作粘结相的金属陶瓷综合力学性能总体上不如Ni做粘结相的金属陶瓷,随着金属陶瓷中Ni3Al含量的增加,其洛氏硬度值不断下降,而抗弯强度和断裂韧性却不断增加;显微组织分析表明,Ni3Al做粘结相的金属陶瓷同样具有芯环结构,Ni3Al可以控制环形相的厚度,抑制晶粒异常长大,使硬质相芯相棱角圆润。Ni3Al含量为30wt%左右的金属陶瓷能够兼顾硬度和抗弯强度等力学性能,此时的主要力学性能指标为:抗弯强度1 045±80 MPa,洛氏硬度HRA89.7±0.25,断裂韧性KIC为14.26 MPa·m1/2。     

烧结气氛对Ti(C,N)基金属陶瓷刀具微观组织、力学及切削性能的影响

通过不同烧结气氛制备出Ti(C,N)基金属陶瓷,采用光学金相显微镜、SEM、EDS与标准化仪器研究了Ti(C,N)基金属陶瓷在不同烧结气氛下的微观组织变化与力学性能;制备出金属陶瓷刀具进行切削试验。结果表明:固液阶段为真空烧结所制备出的金属陶瓷微观结构中的黑芯硬质相含量较小而灰色环形相厚度较大。氮气气氛下烧结的环形相厚度减薄,黑芯硬质相数量明显增多且粒度均匀,基体芯部及表层的微观组织存在较大差异。氩气气氛烧结的微观组织与真空条件下相似。氮气气氛烧结的试样的硬度呈现出自芯部至表层连续递增的梯度变化,真空、氩气烧结则无差异;氮气、氩气气氛烧结的抗弯强度高于真空烧结的。氮气气氛烧结的试样力学性能最佳,表层硬度92.5 HRA,抗弯强度为2 190 MPa,断裂韧性为9.6 MPa·m1/2。连续干式切削试验表明,氮气气氛烧结的金属陶瓷刀具的前刀面月牙洼磨损及后刀面磨损相对于真空、氩气气氛烧结的有所降低。     

酸洗粉煤灰烧结莫来石陶瓷及其力学性能

以酸洗粉煤灰为原料,铝溶胶为铝源,烧结制备了莫来石陶瓷。利用X射线衍射和场发射扫描电镜等分析了莫来石陶瓷的晶体结构与微观形貌,研究了烧结温度和铝溶胶添加量对莫来石陶瓷的烧结行为、析晶过程以及力学性能的影响。结果表明:随着烧结温度升高,陶瓷体积密度、莫来石含量以及抗弯强度先增大后减小;随着铝溶胶添加量增大,陶瓷体积密度和莫来石含量持续增大,但抗弯强度和维氏硬度先增大后减小。酸洗粉煤灰中添加17.7%铝溶胶,1200℃烧结时莫来石陶瓷综合性能最佳,体积密度为2.67 g/cm^3,结晶度和莫来石含量分别为83.4%和50.2%,陶瓷抗弯强度和维氏硬度分别达到137.6 MPa和7.97 GPa。     

Fe/Ni比对WC-Fe-Ni硬质合金微观组织及性能的影响

在1450℃下低压烧结制备5种不同Fe/Ni比(质量比)的WC-Fe-Ni硬质合金,通过SEM、TEM、XRD、力学性能测试和电化学测试研究Fe/Ni比对硬质合金的显微组织和性能的影响。结果表明:随Fe/Ni比增大,晶粒尺寸先下降后上升;Fe/Ni比为3:1时,合金晶粒尺寸最小,为1.24μm;合金抗弯强度变化趋势和晶粒尺寸变化呈反比;硬度不断提高,断裂韧性变化与烧结致密度变化均保持先上升后下降趋势;在Fe/Ni比为3:1时,合金断裂方式主要为沿晶断裂,在Fe/Ni比不等于3:1时会出现较多穿晶断裂;合金耐酸性溶液腐蚀能力不断变差。当Fe/Ni比为3:1时,合金的综合性能最好,其硬度、抗弯强度、断裂韧性、腐蚀电流密度分别达到934HV、3047MPa、23.3 MPa?m~(1/2)、3.98×10~(-5) A/cm~2。     

SiC掺杂WC-10Ni硬质合金的真空烧结及性能

采用高能球磨和真空烧结技术制备了纳米SiC颗粒弥散增强WC-10Ni硬质合金复合材料,研究了SiC添加量和烧结温度对SiC掺杂WC-10Ni硬质合金复合材料显微组织和室温力学性能的影响。结果表明,采用真空烧结技术于1450和1500℃下烧结可获得烧结颗粒结合良好,致密度高达99.2%的WC-10Ni-SiC复合材料。SiC的添加不仅可以抑制WC晶粒的长大,起到细化晶粒的作用,还可促使WC晶粒烧结致密化。而且所获得的复合材料的维氏硬度随着SiC含量的增加而提高,最高达16.49GPa;断裂韧性和抗弯强度随着SiC添加量增加均呈现先升高后降低的趋势,当SiC添加量为0.5%时(质量分数,下同)可获得断裂韧性和抗弯强度分别为12.7MPa·m1/2和1126.1MPa的WC-10Ni-SiC硬质合金复合材料。     

WC-Ni-Fe-Mo硬质合金的微观结构与性能研究

本文采用低压烧结的方式制备了性能良好的 WC–Ni–Fe–Mo 硬质合金,研究分析了不同 Mo 添加量对 WC–Ni–Fe硬质合金组织性能的影响。结果表明：不同 Mo 添加量对 WC–Ni–Fe 硬质合金的微观结构与性能有着显著地影响。添加微量的 Mo 可以抑制 WC-Ni-Fe 硬质合金中 WC 晶粒的溶解再析出长大,一定程度上可以细化 WC 晶粒。随着 Mo 在 WC–Ni–Fe 合金中的含量增加,合金孔隙率逐渐下降。密度先下降后升高,而抗弯强度的变化趋势则相反。当 Mo 添加量较少时,合金的硬度较为稳定,抗弯强度明显提升,而断裂韧性逐渐降低;当 Mo 添加量较大时,合金的硬度、抗弯强度降低,而断裂韧性上升。当 Mo 的添加量为0.5 wt %时,合金具有最佳的力学性能,可与同比例 Co 含量的 WC–Co 硬质合金相媲美,其维氏硬度为 HV 1460、抗弯强度为 4245 MPa、断裂韧性为 17.01 MPa·m1/2。     

金刚石工具用Cu-10Sn-x Ni合金的制备和性能表征

采用球磨法制备了4种不同Ni含量的Cu-10Sn-x Ni (x=15、30、45和60,质量分数,%)预合金粉末,分别经820、850和880℃热压烧结制备成合金块材,对预合金粉末和合金块材的微观组织和机械性能进行表征与检测。结果表明:球磨法制备的预合金粉末中出现了Cu3.8Ni相,当Ni含量增加到60%时,还出现了Ni3Sn相和非晶相。随Ni含量的增加和烧结温度的升高,烧结合金中Sn元素的偏析现象得到有效抑制,组织均匀性显著提高,同时合金的密度、抗弯强度和弯曲弹性模量均相应提升。但增加Ni含量对合金的硬度影响不大。880℃热压烧结制备的Cu-10Sn-60Ni合金具有最佳的综合性能,其硬度、抗弯强度和弯曲弹性模量分别100 HRB、1308 MPa和75.6 GPa。