纳米TiN改性Ti(C,N)基金属陶瓷的抗热震性能

为研究不同粘结相对纳米TiN改性Ti(C,N)基金属陶瓷抗热震性能的影响,真空烧结制备了粘结相质量分数分别为20%Ni、10%Co-10%Ni和20%Co的Ti(C,N)基金属陶瓷。采用扫描电镜研究了材料的组织,并测量了力学性能。采用压痕-急冷法主要研究了其抗热震性能,结果表明,随着温度的升高和热循环次数的增加,裂纹增长,粘结相为Ni的金属陶瓷的抗热震性优于粘结相为Co的金属陶瓷。显微照片表明,裂纹主要沿硬质相/粘结相界面及粘结相扩展。     

渗硼对Ti(C,N)基金属陶瓷抗热震性能的影响

采用粉末冶金法制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,并对其进行了固体渗硼。研究了渗硼后金属陶瓷的显微组织和力学性能以及渗硼对抗热震性能的影响。结果表明,Ti(C,N)基金属陶瓷的渗硼层由硼化物层、扩散层和基体区组成;渗硼使金属陶瓷的表面硬度提高,抗弯强度降低,使导致金属陶瓷热震残留强度急剧下降的临界热震温差降低约100℃;渗硼使Ti(C,N)基金属陶瓷热震后的残留强度降低,主要是分布不均和形状不规则的孔洞所致;当热震温差较小时,渗硼使金属陶瓷表面萌生热震裂纹的孕育期延长,从而推迟了主裂纹的形成;而热震温差较大时,经渗硼的金属陶瓷热震裂纹扩展较快,易形成龟裂。     

钼含量对Ti（C，N）-Co金属陶瓷抗热震性能的影响

采用真空烧结工艺,以纳米TiN、亚微米TiC等陶瓷粉体作原材料,以金属钴作粘结剂,并添加不同含量钼,制备了Ti（C,N）-Co金属陶瓷。采用扫描电镜研究了Ti（C,N）-Co金属陶瓷的组织,测量了力学性能,采用压痕．急冷法研究了抗热震性能。结果表明,随着热震温度的升高和热循环次数的增加,金属陶瓷中的裂纹增长;钼含量较低的Ti（C,N）-Co金属陶瓷抗热震性能较好。     

纳米TiN改性Ti（C, N）基金属陶瓷的组织和性能

采用真空烧结法制备纳米TiN改性的Ti（C, N）基金属陶瓷,研究不同金属相对纳米改性Ti（C, N）基金属陶瓷组织和力学性能的影响。结果表明：除经典的黑芯/灰壳组织外,添加纳米TiN的金属陶瓷在黑芯内还出现灰芯结构;纳米TiN主要分布在陶瓷相颗粒的晶界处;相对于未添加纳米TiN的金属陶瓷,添加纳米TiN粉末能明显提高金属陶瓷的抗弯强度、硬度与断裂韧性;对纳米TiN改性的金属陶瓷而言,金属相Ni能提供更好的抗弯强度与断裂韧性,而金属相Co则能带来更高的硬度。     

纳米改性Ti(C,N)基金属陶瓷的渗硼处理

真空烧结制备了纳米改性的Ti(C,N)基金属陶瓷,并对其进行了固体粉末渗硼处理。研究了渗硼处理对不同金属相的纳米TiN改性的Ti(C,N)基金属陶瓷组织与性能的影响。光学显微照片表明,材料的表面形成一层渗硼层;X射线对材料的物相分析表明,试样表面的渗硼层为TiB2、MoB、Ni3B、NiB、CoB等硼化物;硬度测试结果表明,试样的表面显微硬度大大提高。试验结果表明,不同金属相含量的Ti(C,N)基金属陶瓷均具有可渗硼性。     

碳纳米管增韧Ti(C,N)基金属陶瓷的制备及抗热震性能

采用粉末冶金真空烧结法制备了添加1.0 wt%碳纳米管的Ti(C,N) -WC -Co金属陶瓷,用压痕-急冷法研究了其抗热震性能.实验结果表明,添加1.0 wt%碳纳米管的Ti(C,N)-Co金属陶瓷材料比未添加碳纳米管的金属陶瓷抗热震性能好,碳纳米管的增韧效果是产生这一现象的主要原因;随着温度的升高和热循环次数的增加,热震裂纹扩展率增长.     

陶瓷相原始粉末粒度对Ti（C，N）基金属陶瓷组织和性能的影响

采用粉末冶金法制备了超细晶Ti（ C, N）基金属陶瓷和纳米改性Ti（ C, N）基金属陶瓷试样和刀具。研究了陶瓷相粉末粒度对Ti（ C, N）基金属陶瓷显微组织、力学性能及其刀具耐磨损性能的影响。结果表明,超细晶Ti（ C, N）基金属陶瓷和纳米改性Ti（ C, N）基金属陶瓷的硬质相均具有黑芯/灰壳和白芯/灰壳两种显微结构。超细晶Ti（ C, N）基金属陶瓷中白芯/灰壳结构硬质相晶粒较多,而纳米改性Ti（ C, N）基金属陶瓷中硬质相晶粒主要为黑芯/灰壳结构。与超细晶Ti（ C, N）基金属陶瓷相比,纳米改性Ti（ C, N）基金属陶瓷具有较高的抗弯强度和断裂韧度以及较低的硬度和孔隙度。纳米改性Ti（ C, N）基金属陶瓷刀具具有较长的使用寿命,约为超细晶Ti（ C, N）基金属陶瓷刀具使用寿命的2．3倍。     

Ti(C,N)基金属陶瓷成分对抗热震性能的影响

制备了不同碳氮比Ti(C,N)固溶体和分别加入NbC、TaC、VC、Cr₃C₂的Ti(C,N)基金属陶瓷，采用水淬冷热震方法研究了不同成分对Ti(C,N)基金属陶瓷抗热震性能的影响。结果表明：金属陶瓷在热冲击过程中，陶瓷相在热应力的作用下会发生开裂现象，在裂纹扩展路径上产生的微裂纹能促进裂纹扩展；在不同碳氮比的Ti(C_x,N_y)固溶体金属陶瓷中，碳氮比7/3的Ti(C_0.7,N_0.3)金属陶瓷的抗热震性能最好，本文研究中其热震临界温度为240℃；在添加的四种碳化物(NbC、TaC、VC和Cr₃C₂)中，NbC和TaC能显著提升金属陶瓷的抗热震性，且TaC更优于NbC，而VC和Cr₃C₂的加入不利于改善金属陶瓷抗热冲击性能。     

纳米TiN复合Ti(C,N)基金属陶瓷烧结过程中的相演变

本文采用XRD与SEM对纳米复合Ti(C,N)基金属陶瓷烧结过程中的相演变进行了研究,结果发现:对于缺碳体系,Mo在800℃即可以夺取TiC中的C,生成Mo2C;1 000℃时开始生成Ni2(Mo,W,Ti)4C相,其含量在1 250℃时达到最大,随着温度的进一步升高而部分分解并进入Ti(C,N)晶格,生成非化学计量的(Ti,Mo,W)(C,N),导致Ti(C,N)的相对含量升高,晶格常数减少。纳米TiN与亚微米TiN相比并没有显示出更高的烧结活性。当添加适量的C时,纳米TiN复合的Ti(C,N)基金属陶瓷与同一体系的亚微米金属陶瓷烧结过程中的相变规律基本相同。     

氮化处理温度对Ti(C,N)金属陶瓷组织和性能的影响

用热等静压设备对Ti(C,N)基金属陶瓷进行了氮化处理,用XRD、SEM/EDX研究了氮化处理温度对Ti(C,N)基金属陶瓷表面显微组织和性能的影响.结果表明,在金属陶瓷表面20 μm范围内形成了富含Ti、N的硬化层.表面区较高的N的活度成为合金元素扩散的驱动力.在1150℃氮化处理时,有TiN、WC和Mo2C相在表面区生成.随着氮化处理温度的升高,Mo2C和WC相减少,内环形相和部分外环形相被富N的碳氮化合物所取代,表面区晶粒细化,硬化层逐渐变厚,并在硬化层与基体之间形成了富Ni的过渡层,其有利于提高表面层与基体的结合强度.综合分析认为,在1250℃下氮化处理,可以获得较理想的表面硬化层,其表面显微硬度可达93.8 HRA.