三元硼化物基金属陶瓷的研究进展

总结了三元硼化物基金属陶瓷近几年的研究成果,主要论述了Mo2NiB2和Mo2FeB2基金属陶瓷的显微组织、合金元素的影响、制备技术以及性能的研究现状,总结了三元硼化物基金属陶瓷在刀具材料、模具材料以及覆层材料等领域的应用情况,并对今后的研究方向进行了展望.     

三元硼化物基金属陶瓷的研究进展

综述了国内外三元硼化物基金属陶瓷的研究进展情况,对此种金属陶瓷与金属的覆层材料的应用进行了展望。     

三元硼化物基金属陶瓷的液相烧结及其应用

介绍了三元硼化物基金属陶瓷的发展现状,以ＭＯ_２ＦｅＢ_２基金属陶瓷ＫＨＭ为例,对三元硼化物基金属陶瓷的原位反应液相烧结工艺过程、烧结机理和力学性能及其应用进行了综述,并对它的应用前景和发展趋势进行了展望．     

新型三元硼化物基金属陶瓷的研究

用反应液相烧结法在1280℃下真空烧结成功制备出三元硼化物基金属陶瓷(TBBC),其硬度可达92.4HRA,密度为8.2g/cm³,热膨胀系数为8.0×10^-6/K.用扫描电镜、X射线衍射和能谱对其微观结构进行了分析,结果表明:此种金属陶瓷是由三元硼化物基硬质相(MoFeCrNi)₃B₂和铁基粘结相α-Fe组成,硬质相和铁基粘结相分散均匀,硬质相占有相当大的比重,约占体积比的80％.磨损实验表明此种金属陶瓷具有良好的耐磨性.     

固相反应法三元硼化物陶瓷涂层的制备及性能研究

以Mo粉、Fe-B合金粉、Fe粉、Al粉为基本原料,磷酸二氢铝为粘结剂制备成型料浆,采用刷涂法在Q235钢基体上形成涂层,在真空烧结炉中通过固相反应法于860℃制备了三元硼化物陶瓷涂层.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)研究了粉体和涂层的物相组成、表面形貌和反应机理,并对涂层的结合强度、耐磨性和耐蚀性进行了测试.结果表明,球磨过程中有少量Mo2FeB2、A1Fe3 生成,860℃固化后Mo2FeB2、Mo2FeB4 等新相生成;涂层和基体形成了良好的冶金结合,结合强度可达14.15MPa;涂层具有比钢基体更优异的耐磨性和耐蚀性,封孔后性能更佳.     

Mo／AlN金属陶瓷微波吸收材料的制备与性能表征

以Mo与AlN为原料，复合氧化物为烧结助剂，通过常规的成形烧结工艺制备出了Mo含量为30％~40％（质量分数）的Mo／AlN金属陶瓷烧结体。对烧结体的微观结构进行观测，并对其导热系数及力学性能等进行了测试分析，采用矢量网络分析仪对其反射衰减率进行测量，并与纯AlN材料进行了对比。结果表明：通过采用适当的烧结助剂，在1750℃下无压烧结，可以获得相对密度高于98％的Mo／AlN金属陶瓷复合材料烧结体。该烧结体的抗弯强度与导热系数随着Mo含量的增加而提高，含40％Mo（质量分数）试样的抗弯强度和导热系数分别为531．4MPa和156．1W／m．K：不同Mo含量Mo／AlN试样在不同的频段内出现宽频吸收，其中含40％Mo（质量分数）的试样在14～18GHz频率内呈现较宽的吸收频段，最大反射衰减量为-22dB。     

Cr3C2对WCoB-TiC金属陶瓷组织和性能的影响

以WC、TiB2和Co粉末为原材料,采用原位反应液相烧结工艺,在1400℃真空烧结炉中制备了WCoB-TiC复相金属陶瓷.利用FE-SEM、EDS和XRD等技术,研究了不同含量晶粒长大抑制剂Cr3C2对WCoB-TiC金属陶瓷组织和性能的影响.结果表明,添加Cr3C2能有效抑制WCoB-TiC金属陶瓷晶粒异常长大,使得材料获得更均匀细小的微观组织,并且提高硬度和耐磨性能.随着抑制剂Cr3C2含量的增加,金属陶瓷的晶粒更细小均匀(晶粒尺寸可达1.0μm),硬度随之升高到91.0HRA,并且耐磨性能得到明显改善,磨损损失质量远小于未添加Cr3C2的试样.     

Mo对TiC/Al复合材料组织和性能的影响

为了细化TiC/Al基复合材料中的增强颗粒,进一步提高TiC颗粒对基体的强化效果,在锻铝6A02基体中加入适量Mo元素,用原位合成的方法制备TiC/Al基复合材料.对制备得到的铸态和轧制态材料进行了显微组织观察、拉伸和磨损实验.结果表明,TiC颗粒可以作为异质形核核心起到细化基体组织的作用.TiC颗粒的引入提高了材料在室温和高温的抗拉强度和屈服强度,同时改善了材料的耐磨损性能,且随着载荷的增加,耐磨性能的提高越明显.当加入质量分数1.0%的Mo时,可改善基体对TiC颗粒的润湿性,细化TiC颗粒的尺寸(0.5μm),使TiC颗粒分布更为均匀,材料的力学性能和磨损性能得到提高.然而,过高的Mo含量将导致在组织中出现粗大的脆性Al5Mo相,同时使材料的力学性能和磨损性能有所降低.     

三元过渡金属硼化物Os1-xRuxB2的制备及其结构和性能研究

以高纯锇(Os)、钌(Ru)、硼(B)粉为原料, 在常温常压下采用机械化学法制备了三元过渡金属硼化物Os_1-xRu_xB₂粉末, 并对合成的粉末进行无压烧结使其致密化。研究了机械化学法合成Os_1-xRu_xB₂的反应过程、Ru含量对OsB₂相结构的影响、合成粉末的热稳定性及烧结后块体材料的力学性能。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对Os_1-xRu_xB₂粉末及块体的相成分、表面形貌和微观结构进行表征, 并通过维氏硬度计测得其烧结后块体材料的显微硬度。实验结果表明: 合成过程中生成了中间产物Os_1-xRu_xB_1.1, 随着球磨时间的延长有少量Os_1-xRu_xB₂生成, 球磨24 h后合成粉末的主相为Os_1-xRu_xB₂, 继续球磨到40 h, 粉末中相成分不再发生变化。当x≤0.1时, 合成粉末的主相为六方结构Os_1-xRu_xB₂; 而当x≥0.15时,合成粉末的主相为正交结构的Os_1-xRu_xB₂。经1450℃(保温1 h)热处理后的粉末中有部分六方结构的Os_1-xRu_xB₂向正交结构发生相变, 并生成了低硼化物 (Os_1-xRu_x)₂B₃。合成的OsB₂和Os_0.85Ru_0.15B₂粉末经1700℃无压烧结后颗粒呈板条状, 其致密度均为85%左右, 在0.49 N载荷下测得其硬度分别(27±2) GPa和(21±1) GPa。     

成分参数对原位反应合成TiC/Cr18Ni8钢结硬质合金的影响

以钛铁粉、铬铁粉、铁粉、胶体石墨等为原料,原位反应合成了TiC/不锈钢钢结硬质合金,并用扫描电镜(SEM)、X射线衍射等测试方法对所制备的试样进行了组织结构分析.主要研究了成分参数硬质相TiC含量和C/Ti原子比对原位反应合成TiC/Cr18Ni8钢结硬质合金的影响.研究结果表明:钢结硬质合金主要相组成为TiC Fe-Cr-Ni固熔体,TiC颗粒较细小,形状较规则,最大约2～3μm,大部分在1μm以下,随理论硬质相TiC含量的增加,钢结硬质合金的孔隙度增加,密度降低,TiC颗粒长大.C/Ti原子比为0.9的钢结硬质合金比C/Ti原子比为1.0的钢结硬质合金的密度更高,所原位反应合成的TiC颗粒的尺寸更小、数量更多,而且分布更均匀.     

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.     

残余热应力对Al2O3/Ni金属陶瓷断裂行为和力学性能的影响

运用残余热应力理论定性地解释也残余热应力对Al2O3/Ni金属陶瓷断裂行为和力学性能的影响，Ni颗粒位于Al2O3晶内或Ni含量低时，在Al2O3-Al2O3晶界产生张应力，易发生沿晶断裂；而其位于Al2O3晶界或Ni含量高时，在Al2O3-Al2O3晶界产生压应力，易产生穿晶断裂。     

铜含量对燃烧合成TiB2-Cu基金属陶瓷组织和性能的影响

利用自蔓延高温燃烧合成结合准热等静压技术制备了不同Cu含量的TiB2-Cu基金属陶瓷.为了得到金属粘结剂的最佳含量,研究了Cu含量对TiB2-Cu基金属陶瓷热力学、微观组织和性能的影响.在Ti-B-Cu体系的燃烧合成过程中,可能存在TiB2、TiB和TiCu三个相.热力学计算结果表明TiB2是最稳定的相.随着Cu含量的增加,TiB2-Cu基金属陶瓷的绝热温度(Tad)和燃烧温度(Tc)逐渐降低.燃烧温度会影响产物中陶瓷相的形貌,TiB2颗粒的尺寸随金属含量的增加而减小.TiB,-Cu基金属陶瓷的硬度(HRA)和弯曲强度随着Cu含量的增多均呈现先增加后降低的趋势,最大值分别对应20wt.%和40wt.%的Cu含量.随Cu含量的增加,TiB2-Cu基金属陶瓷的孔隙率由于金属Cu良好的流动性而呈下降趋势,断裂韧性则呈逐渐上升的趋势.材料的韧化机制为裂纹尖端塑性钝化机制和裂纹偏转机制.TiB2-Cu基金属陶瓷的最佳金属粘结剂含量位于40wt.%～50wt.%.     

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。     

超高强度55SiMn2Mo贝氏体钢组织和性能的研究

通过对５５ＳｉＭｎ２Ｍｏ贝氏体钢显微组织和力学性能的研究发现：该钢空冷条件下得到Ｂ／Ｍ复合组织，其中Ｍ为板条马氏体和孪日马氏体的混合组织，Ｂ为变态下贝氏体。５５ＳｉＭｎ２Ｍｏ钢空冷后在２５０－３００℃范围内回火时，可获得超高强度及较好的塑韧性配合，当回火温度超过３００℃后则有回火脆性产生。     

界面改性对SiC_p/Cu复合材料热物理性能的影响

采用热压烧结法成功制备SiC_p/Cu复合材料。采用溶胶-凝胶工艺在SiC颗粒表面制备Mo涂层,研究Mo界面阻挡层对复合材料热物理性能的影响。结果表明:过氧钼酸溶胶-凝胶体系能够在SiC颗粒表面包覆连续性、均匀性较好的MoO_3涂层,最佳工艺配比为SiC∶MoO_3=5∶1(质量比)、过氧化氢∶乙醇=1∶1(体积比),SiC表面丙酮和氢氟酸预清洗处理有利于MoO_3涂层的沉积生长。MoO_3在540℃第一步氢气还原后转变为MoO_2,MoO_2在940℃第二步氢气还原后完全转变为Mo,Mo涂层包覆致密完整。热压烧结SiC_p/Cu复合材料微观组织致密均匀,且相比原始SiC颗粒增强的SiC_p/Cu,经溶胶-凝胶法界面改性处理的SiC_p/Cu复合材料热导率明显提高,SiC体积分数约为50%时,SiC_p/Cu复合材料热导率达到214.16W·m~(-1)·K~(-1)。     

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。     

烧成温度对合成莫来石陶瓷膜的影响

以正硅酸乙酯、硝酸铝和氟化铝为原料,采用溶胶一凝胶法在多孔莫来石陶瓷载体上原位反应烧结合成了晶须状多孔莫来石陶瓷膜.考察了在1 200,1 300,1 400,1 500℃烧成温度、保温2 h后对莫来石相及其膜层表面微观结构的影响.结果发现:在烧成温度为1 300℃时出现了莫来石相,并随着烧成温度的升高,莫来石相的特征峰增强;在氟化铝质量分数为10%、1 500℃保温2 h条件下,膜层表面生长出长为2.5μm、宽为0.5 μm、长径比(长/宽)为5的莫来石晶须,并且此时形成的莫来石晶须比较均匀,莫来石陶瓷膜平均孔径为0.75μm左右,纯水通量为725 L/(m2·h).     

活性组分掺杂对低温锰基催化剂脱硝性能的影响

利用Ce和锰盐复配对单组分锰盐活性组分进行掺杂改性,并采用分步共混法制备一系列催化剂。催化剂活性测试显示锰盐复配及Ce的掺杂均能提高锰基催化剂低温活性,且锰盐复配形式的掺杂对催化剂低温活性提高更多。通过对比各催化剂强度状况发现活性组分的掺杂使催化剂的机械强度得到很大提高,而BET结果显示掺杂改性后的锰基催化剂其表面织构得到较大改善。催化剂的XRD结果表明500℃焙烧的锰基催化剂活性组分均以无定形态存在。通过对改性后的催化剂进行NH3-TPD和H2-TPR分析,发现相比于Ce对单组分锰盐的掺杂改性,锰盐复配形式的掺杂改性对催化剂表面酸量和氧化还原性能的提高更加显著。