Mo2FeB2金属陶瓷-钢覆层材料的制备及性能研究

以FeB、Mo、Fe等粉末为主要原材料,采用真空液相烧结技术,制备了Mo_2FeB_2金属陶瓷-钢覆层材料,并对其界面组织、耐磨性和界面相容性进行了研究。结果表明,Mo_2FeB_2金属陶瓷主要由Mo_2FeB_2硬质相和γ-Fe粘结相构成,组织致密,显微硬度高达1600HV0.5。Mo_2FeB_2金属陶瓷-钢覆层材料界面是无缺陷的冶金结合,具有良好的界面相容性。在界面存在一个从高硬度到低硬度的渐变过渡区。磨损试验表明,Mo_2FeB_2金属陶瓷-钢覆层材料具有比YG8硬质合金更好的耐磨性。     

固相硼化反应阶段的升温速率对Mo_2FeB_2基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响

采用反应硼化烧结法制备了Mo_2FeB_2基金属陶瓷。使用扫描电镜(SEM),X射线衍射仪(XRD)研究了固相硼化反应阶段800~1 010℃的升温速率对Mo_2FeB_2基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响。研究结果表明:从800℃以不同的升温速率(1~9℃/min)升温升至1 010℃时,随着升温速率的升高,粘结相体积分数先增加后减少,硬质相平均晶粒尺寸和长径比逐渐减小,Mo_2FeB_2硬质相晶格常数a逐渐降低,c基本保持不变,硬质相形貌逐渐由长条状转变为近等轴状;随着升温速率的升高,金属陶瓷抗弯强度先升高后降低,硬度逐渐升高,断裂韧性逐渐降低。以5℃/min升温得到的金属陶瓷可获得较为均匀的显微组织,且具有较好的综合力学性能,其抗弯强度为2 367.5 MPa,硬度为88.2 HRA,断裂韧性为27.6 MPa·m~(1/2)。     

Ni添加剂对Mo_2FeB_2基金属陶瓷的显微组织和力学性能的影响

利用真空液相烧结制备了两种不同Ni含量的Mo_2FeB_2基金属陶瓷,采用SEM和EDX研究了Ni添加剂对金属陶瓷显微组织和力学性能的影响,结果表明:Ni添加剂同时存在于粘结相和硬质相中,但未对其硬质相颗粒尺寸产生明显影响。Ni添加剂明显提高了金属陶瓷的抗弯强度,其数值从约1 750 MPa增加到2 200 MPa。第一性原理计算结果表明:相对于Mo_2FeB_2相,Mo2(Fe,Ni)B2相具有相对较好的塑性,但理论计算硬度较低。     

Mo_2FeB_2基金属陶瓷液相烧结过程中硬质相晶粒生长的蒙特卡罗模拟

采用反应硼化烧结法制备了Mo_2FeB_2基金属陶瓷,通过蒙特卡罗模拟方法对Mo_2FeB_2基金属陶瓷在液相烧结过程中硬质相晶粒的生长进行了研究。模拟中分析了蒙特卡罗步、液相体积分数和固液界面能对硬质相晶粒形貌的影响,并通过扫描电镜(SEM)研究了Mo_2FeB_2基金属陶瓷显微组织中硬质相晶粒的形貌。将模拟结果同实验结果进行了对比,结果表明:硬质相晶粒生长受界面反应控制。硬质相晶粒平均长径比增大主要来源于高温液相烧结过程中硬质相不同晶面与液态粘接相之间的固液界面能的相对较大的差值。修正后的模拟结果与实验结果具有较好的一致性。     

粘结相含量和相组成对Mo_2FeB_2基金属陶瓷断裂韧性的影响

通过真空液相烧结工艺制备不同粘结相含量和相组成的Mo_2FeB_2基金属陶瓷,并用压痕法测量其断裂韧性,研究粘结相含量和相组成对Mo_2FeB_2基金属陶瓷断裂韧性的影响。结果表明:粘结相含量对Mo_2FeB_2基金属陶瓷的断裂韧性具有一定影响,当粘结相含量(质量分数)由27%增加到37%时,断裂韧性从12.8 MPa·m~(1/2)提高到了17.3 MPa·m~(1/2);与粘结相含量的影响相比,粘结相相组成对Mo_2FeB_2基金属陶瓷的断裂韧性具有更加显著的影响,当粘结相为铁素体时,金属陶瓷的断裂韧性为28.5 MPa·m~(1/2),增加了约一倍;硬质相颗粒与粘结相的沿晶断裂,尤其是粘结相的撕裂对其断裂韧性的增加起重要的贡献。     

热等静压对Mo_2FeB_2基金属陶瓷的组织及性能的影响

研究了经1250℃真空预烧结后的Mo_2FeB_2基金属陶瓷分别在1035℃和1130℃条件下热等静压处理后的显微组织和性能。结果表明:热等静压技术降低了Mo_2FeB_2基金属陶瓷的孔隙率,提高了其致密度,但促进了硬质相颗粒的生长。当热等静压处理温度为1035℃时,硬质相颗粒以颗粒合并的机制生长,而当热等静压处理温度为1130℃时,溶解析出机制促进了硬质相颗粒的长大。经热等静压处理后,金属陶瓷硬度和断裂韧性变化不大,但抗弯强度有一定程度的降低,抗弯强度的减少与硬质相的长大有关。     

Mo/TiC含量对Mo_2FeB_2-TiC复相金属陶瓷组织和性能的影响

采用"溶胶-共沉淀-抽滤-干燥-氢热还原"法制备了Mo/TiC复合粉末,与Fe粉、B粉、Cr粉、Ni粉、石墨粉按原子分数Fe-6B-48(Mo/k TiC)-5Cr-5Ni-0.8C(k=0、0.3、0.6、0.9、1.2,at%)混合,经真空热压烧结后制备了Mo_2FeB_2-TiC复相金属陶瓷材料,研究TiC含量对其力学性能和显微组织的影响。结果表明,TiC与原位反应生成的Mo_2FeB_2相形成了无污染、弱界面结合的双陶瓷相,并且在金属粘结相中均匀分布。Mo_2FeB_2-TiC复相金属陶瓷的相对密度与纯的Mo_2FeB_2基金属陶瓷相比得到较大提高,其弯曲强度由粉末烧结态纯Mo_2FeB_2的1161.33 MPa提高到1228.81 MPa,断裂韧性由粉末烧结态纯Mo_2FeB_2的12.42 MPa·m~(1/2)提高到14.27 MPa·m~(1/2),试验说明Mo/TiC复合粉末能够有效提高Mo_2FeB_2基金属陶瓷的强韧性。     

WC/Mo_2C比例对金属陶瓷组织和性能的影响

研究了不同WC/(WC+Mo_2C)值对TiCN-WC-Mo_2C-Co-Ni金属陶瓷组织和性能的影响。通过分析SEM组织照片发现,随WC/(WC+Mo_2C)值的增大,金属陶瓷的组织有黑芯硬质相减少、白芯硬质相增多的明显趋势。XRD图谱显示,添加Mo_2C后组织中会出现一种与TiCN晶格常数差异稍大的(Ti,M)(C,N)物相,且其衍射强度随Mo_2C比例的增加而提高。WC/(WC+Mo_2C)值对金属陶瓷的硬度影响很小,采用纳米压痕仪测量了富Ti黑芯硬质相和富W白芯硬质相的纳米硬度值,二者硬度处于同一水平。金属陶瓷的断裂韧性随WC/(WC+Mo_2C)值的增大明显上升,观察裂纹扩展特征发现,这是因为富W白芯硬质相易于使裂纹发生偏转,抗裂纹扩展能力明显优于黑芯-灰环硬质相。     

H13钢表面放电等离子烧结制备三元硼化物基金属陶瓷覆层

以钼粉、铁粉、硼铁粉等为主要原料,采用放电等离子烧结技术在H13钢基体表面快速制备三元硼化物基金属陶瓷覆层,对烧结致密化过程进行了分析,并利用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计等分别观察了覆层和界面结合区的组织形貌,分析了覆层的物相组成,测试了微观硬度.结果表明,三元硼化物基金属陶瓷覆层内部组织结构致密,主要由Mo_2FeB_2硬质相和α-Fe粘结相组成,显微硬度达1400HV,覆层与钢基体的结合处没有清晰的结合界面,而是存在一个具有一定厚度的过渡层.     

烧结温度和添加碳化物对NbC-Ni基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响

本文报道了烧结温度和添加碳化物(VC、Mo_2C和TiC)以及Mo金属对一种新型NbC-Ni基金属陶瓷的致密化、NbC晶粒生长、显微组织演变以及维氏硬度(HV30)和断裂韧性的影响。所有的金属陶瓷均采用真空无压烧结制备,使用电子探针显微分析(EPMA)以及X射线衍射(XRD)来分析试样的微观组织、相组成及晶格常数的变化。结果表明,烧结温度,特别是添加碳化物的含量对NbC-Ni金属陶瓷的性能有显著的影响。当烧结温度低于1 340°C时,试样内存在Ni池和残余孔隙。温度高于1 380℃时,添加VC或Mo/Mo_2C的NbC-Ni基金属陶瓷达到完全致密,呈现出类似于WC-Co的两相组织结构。同时添加TiC+VC或TiC+Mo_2C的材料则形成一种含有芯环结构的NbC晶粒。相对于无添加的NbC-Ni金属陶瓷,添加体积分数5%~10%VC/Mo_2C和10%TiC能够明显提高材料的硬度和断裂韧性。     

Cr、Ni复合含量对Mo2FeB2基金属陶瓷组织和性能的影响

采用真空液相烧结法制备了Mo₂FeB₂基金属陶瓷,研究了Cr、Ni复合添加量对其组织,力学性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明：Cr、Ni的添加使金属陶瓷出现Fe₂₃B₆相、Cr主要固溶于Mo₂FeB₂硬质相中,Ni主要固溶于Fe基黏结相中;随着Cr、Ni含量添加,硬质相晶粒逐渐由柱状晶向等轴晶转变;当Cr、Ni添加质量分数为2.5%、2.9%时,金属陶瓷的孔隙率最小,致密度最高,硬质相颗粒和黏结相分布均匀;随着Cr、Ni添加量的增加,金属陶瓷的抗弯强度、硬度和断裂韧性均表现为先增大后减小,当Cr、Ni添加质量分数为2.5%、2.9%时,抗弯强度和硬度HRA达到最大值,分别为1 693 MPa、89.8,断裂韧性为18.3 MPa·m^1/2;随着Cr、Ni添加量的增加,金属陶瓷在质量分数为3.5%NaCl和1 mol/L H₂SO₄溶液中E_corr(腐蚀电位)正移、I     

烧结工艺和Y_2O_3添加量对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响

以TiC、TiN、Ni、Co等粉末为主要原料,以稀土Y2O3为添加剂,采用无压烧结技术制备Ti(C,N)基金属陶瓷,研究烧结工艺和稀土Y2O3添加量对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着温度的升高,TiC、TiN、WC、Cr3C2、Mo等相逐渐消失,向硬质芯相扩散发生固溶,经溶解-析出过程,最终形成新的Ti(C,N)硬质相和(Cr,W,Mo,Ti)(C,N)固溶体环形相,黏结金属Ni和Co主要以Ni相、TiCo和Co3W3C中间相的形式存在;稀土Y2O3的添加未改变Ti(C,N)基金属陶瓷烧结过程中的相结构演变过程,材料的显微硬度、抗弯强度和断裂韧性均随Y2O3添加量的增加呈先增加后降低的趋势,当Y2O3的加入量为0.8%(质量分数)时,Ti(C,N)基金属陶瓷的力学性能最佳,样品的显微硬度、抗弯强度和断裂韧性相比1450℃烧结50 min样品的分别提高了7.9%、45.8%和6.1%。     

激光熔覆(Ni60+NbC)+h-BN@Cu涂层组织与性能研究

目的 通过添加铜包覆六方氮化硼(h-BN@Cu)粉末,改善激光熔覆Ni基NbC涂层的性能。方法 采用激光熔覆技术,使用添加不同质量分数铜包覆六方氮化硼的镍基碳化铌复合粉末,在45钢基体表面沉积镍基复合涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)设备,研究h-BN@Cu对Ni60/NbC的激光熔覆镍基复合涂层微观结构的影响,利用显微硬度计和布鲁克UMT-2摩擦磨损试验机及白光干涉模块,测量熔覆层的显微硬度、摩擦磨损系数和磨痕宽度。结果 熔覆层中的主相为Ni-Cr-Fe,除此之外还存在FeNi3、CrB、M7C3、NbC、M23C6、Cr2Nb等多种相。研究发现,添加的润滑相h-BN@Cu与硬质相NbC会发生部分分解,Nb原子和B原子进入熔池,与熔池中的Cr原子反应,生成CrB、Cr2Nb等,这些金属间化合物具有硬度高、耐磨性好等特点。当h-BN@Cu的质量分数为10%时,熔覆层的显微硬度为650HV1.0,摩擦系数为0.4,磨痕宽度为0.406 mm。结论 相比于不添加h-BN@Cu的Ni60/NbC熔覆层,添加h-BN@Cu的Ni60/NbC熔覆层的平均硬度略微下降,但熔覆层硬质相分布更加均匀,此时硬度仍为45钢基体硬度的3.1倍,摩擦系数降低约27%,磨痕宽度减小约21%。     

La2O3含量对Mo2NiB2金属陶瓷微观组织及断裂性能的影响

采用真空热压烧结工艺制备了不同La_2O_3含量(0,0.3,0.6,0.9,1.2 mass%)的Mo_2NiB_2金属陶瓷材料,用电子万能材料试验机测定材料的弯曲强度与断裂韧性,用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)观察分析材料的物相和组织结构。结果表明:随着La_2O_3含量的增加,Mo_2NiB_2金属陶瓷断裂韧性逐渐下降,当La_2O_3含量为0.6 mass%时,其弯曲强度值达到最大,为1050.36 MPa;Mo_2NiB_2金属陶瓷断裂的断裂方式表现为:Mo_2NiB_2相呈现脆性解理断裂,Ni基固溶体相主要为韧窝延性断裂。     

影响Ti(C,N)基金属陶瓷力学性能的因素

Ti(C,N)基金属陶瓷是一种以TiC:、TiN或Ti(C,N)粉末作硬质相,添加WC、TaC、VC等难熔金属碳化物,并以Ni-Mo或Mo_2C作黏结剂的新型复合材料,主要用于刀具。与传统的WC硬质合金相比较,Ti(C,N)基金属陶瓷具有更好的综合性能,但其断裂韧度和抗弯强度不足,限制了它的应用。影响Ti(C,N)基金属陶瓷硬度、抗弯强度和断裂韧度等力学性能的因素主要为成分和粉末粒度,前者包括碳、氮和钼的含量,黏结剂镍和钴,碳化物及稀土元素。降低Ti(C,N)基金属陶瓷的脆性是有待解决的难题。今后将会开发出高性能、低成本的Ti(C,N)基金属陶瓷刀具,以满足制造业的需求。     

气压烧结工艺对Mo_2FeB_2基金属陶瓷组织和性能的影响

利用气压烧结制备了Mo_2FeB_2基金属陶瓷,研究了不同气压烧结工艺条件下金属陶瓷的显微组织及力学性能的变化规律。结果表明,高温液相烧结过程中的气压没有明显促进金属陶瓷晶粒的生长。气压烧结对孔径尺寸小于0.5μm的气孔无明显的降低作用,但基本消除了孔径大于1.0μm的气孔,同时显著降低了气孔尺寸的分散性,使绝大部分气孔集中在0.2～0.6μm的范围内。与真空烧结相比,气压烧结使金属陶瓷的抗弯强度从1 909.1 MPa提高到2 148.4 MPa,硬度从89.1 HRA提高到89.8 HRA,相对致密度从98.8%提高到99.4%。     

NbC含量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和力学性能的影响

研究了NbC含量对两种不同Ti(C,N)/TiC质量比金属陶瓷组织和性能的影响。结果表明:随着NbC含量的增长,环形相变得更加完整,粘接相分布越均匀。TiC和NbC含量的不同,影响了溶解和扩散,造成环形相与硬质相的体积分数和元素分布不同。力学性能测试表明,Ti(C,N)/TiC质量比为3︰2、w(NbC)=6%的试样的综合力学性能较好。     

沉积气氛对电火花沉积Mo2FeB2基金属陶瓷涂层组织与性能的影响

采用电火花沉积分别在空气和氩气中制备了Mo_2FeB_2基金属陶瓷涂层,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、显微硬度计和摩擦磨损试验机研究了沉积气氛对涂层形貌、相组成、硬度和摩擦磨损性能的影响。结果表明,2种气氛中沉积所得涂层的组织结构都致密,涂层与基体间无分层,呈冶金结合的特征,但空气中沉积涂层的表面较粗糙,并发生了严重的氧化,涂层均匀性也较差。它们都主要由非晶相和马氏体相组成,但氩气中沉积的涂层含有更多的非晶相。氩气和空气中沉积涂层的最大显微硬度(HV_(0.05))分别为12 862和10 129 MPa,相差2733 MPa,前者涂层2 h的磨损量几乎仅为后者涂层的1/7,表现出更好的耐磨性。2种涂层的主要磨损机制都是疲劳磨损和磨粒磨损,但氩气中沉积涂层以疲劳磨损为主,空气中沉积涂层则以磨粒磨损为主。     

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。     

改性碳纤维含量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织结构和力学性能的影响

以Ti C、Ti N微米级粉末为主要原料,Ni、Co为金属粘结剂,添加改性短碳纤维(Cf)为增强相,采用无压结技术制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,利用扫描电镜分析了Ti(C,N)基金属陶瓷的显微组织、断口形貌,通过维氏硬度法、三点弯曲法测试了Ti(C,N)基金属陶瓷的硬度和抗弯强度。结果表明:碳纤维表面镀镍后,镍磷(Ni-P)镀层表面平整致密,均匀包覆于碳纤维表面,且镀层与纤维结合紧密;添加改性碳纤维后,Ti(C,N)基金属陶瓷断裂方式以穿晶断裂为主,断面整体起伏较大,断口形貌主要表现为大量穿晶断裂留下的大块硬质相颗粒,少量沿晶断裂留下的凹坑以及小块硬质相颗粒和粘结相金属塑性变形形成的撕裂棱;Ti(C,N)基金属陶瓷组织形貌具有典型的"芯-壳"组织结构;当碳纤维添加量为4wt%时,材料抗弯强度和硬度达到最大值,分别为386.42、33.96 GPa。