(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷复合材料制备及性能研究

采用高温碳管炉制备了平均粒度约为1.2μm的(Ti,La)(C,N)复式碳氮化物粉末,并将其应用于(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷的制备。研究稀土La元素的固溶含量对(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷的组织结构和性能的影响,同时对比了La_2 O_3的直接加入对Ti(C,N)基金属陶瓷组织结构和性能的影响。通过X衍射和扫描电镜对两组金属陶瓷进行研究分析,结果表明:La含量相同时,相比于直接添加La_2 O_3的Ti(C,N)基金属陶瓷,(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷各项性能指标均有提高,其抗弯强度提高了约20%,硬度也稍有提升,且当(Ti,La)(C,N)中La元素固溶0.25%时,物理和力学性能最佳;(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷强化机制主要表现为固溶强化。     

碳含量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

通过真空烧结方法制备了4种碳含量的Ti(C,N)基金属陶瓷,通过X射线衍射分析仪、扫描电镜、万能力学试验机、维氏硬度测试仪等仪器检测Ti(C,N)基金属陶瓷试样的物相结构、微观组织、抗弯强度、硬度和断裂韧性,分析了碳含量和烧结工艺对Ti(C,N)基金属显微组织和力学性能的影响。结果表明,增加碳含量和提高烧结温度能促进烧结过程中的冶金反应,金属陶瓷显微组织中具有黑芯-灰环结构硬质相的黑芯部分体积分数减少,环形相体积分数增加,粘结相体积分数减少,显微组织均匀化。碳含量对横向抗弯强度(TRS)有显著影响;碳含量对硬度(HV)和断裂韧性(KIC)的影响较小,随碳含量上升,均略有增加。在1 440~1 500℃范围烧结,金属陶瓷的TRS保持在相近的水平值;随烧结温度升高,硬度HV下降;高温1 520℃烧结,能显著提升Ti(C,N)基金属陶瓷的断裂韧性KIC,提高裂纹扩展阻力。     

温度对基于液相烧结的Ti(C,N)基金属陶瓷/钢扩散连接的影响

介绍了一种基于液相烧结过程的Ti(C,N)基金属陶瓷/钢的扩散连接方法。试验研究了连接温度的影响,并对接头界面微观组织与成分进行了分析。结果表明,Ti(C,N)基金属陶瓷/钢的最佳连接温度是1320℃。低于1320℃时,Ti(C,N)基金属陶瓷无法致密化,Ti(C,N)基金属陶瓷和钢无法连接;高于1320℃时,钢熔化。Ti(C,N)基金属陶瓷/钢的扩散连接过渡层由四部分构成:靠近Ti(C,N)基金属陶瓷的过渡层Ni含量极多,有一定量的Ti,是Ti(C,N)基金属陶瓷的表面层;第二层Ni含量减少,Ti和Fe增加,也是Ti(C,N)基金属陶瓷的表面层;第三层是奥氏体区,主要元素是Ni和Fe;第四层是马氏体区,它靠近钢基体,主要成分是Fe及少量Ni和C。     

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。     

(Ti,W,Ta)(C,N)_p/Ti(C,N)基金属陶瓷的组织与性能

采用自制的多元复式碳氮化物陶瓷粉末 ((Ti,W,Ta) (C,N) p)制备 (Ti,W,Ta) (C,N) p/Ti(C,N)基金属陶瓷。研究了 (Ti,W,Ta) (C,N) p 粉末的组织结构特征及其加入对金属陶瓷的组织及性能的影响。结果表明 ,多元复式碳氮化物粉末的晶格常数与元素的固溶度有很好的对应关系 ,调整粉末中元素的固溶度可控制粉末的晶格常数 ,进而控制材料的性能。 Ti(C,N)基金属陶瓷中 (Ti,W,Ta) (C,N) p 粉末的加入 ,有利于重金属元素 W和 Ta向粘结相中扩散 ,从而降低了硬质相在粘结相中的溶解度 ,阻碍了晶粒长大。(Ti,W,Ta) (C,N) p/Ti(C,N)基金属陶瓷各项性能指标优于 Ti(C,N)基金属陶瓷和国外对应的金属陶瓷牌号 CT5 2 5的产品。强化机制主要表现为细晶强化与固溶强化。     

CO冷却对Ti(C,N)基金属陶瓷表层结构和切削性能的影响

为改善Ti(C,N)基金属陶瓷刀具的抗冲击性能,从烧结碳势对表层粘结相分布影响的角度出发,制备了不同压力CO冷却的Ti(C,N)基金属陶瓷刀片.借助扫描电镜和能谱仪研究了CO冷却下金属陶瓷表层的组织结构以及粘结相分布情况.对比了CO冷却和真空冷却对金属陶瓷刀片切削性能的影响.结果表明:CO冷却对金属陶瓷常规性能影响微小...     

烧结温度对(Ti,W,Mo,Nb)(C,N)-(Co,Ni)金属陶瓷组织结构和性能的影响

以(Ti,W,Mo,Nb)(C,N)-(Co,Ni)基金属陶瓷材料为研究对象,研究烧结温度对金属陶瓷的成分、微观组织和力学性能的影响,初步探讨成分、微观组织与材料强度的关系.结果 表明:烧结温度对(Ti,W,Mo,Nb)(C,N)-(Co,Ni)基金属陶瓷组织特征有显著的影响;合金的总碳含量随着烧结温度的提高而降低,当...     

稀土元素Y对Ti(C,N)基金属陶瓷性能的影响

研究了稀土元素 Y对 Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织和性能的影响。 Y在 Ti(C,N)基金属陶瓷中可以起到净化粘结相 /硬质相界面的作用 ,并使其包覆层的厚度略有增加 ,从而使硬质相颗粒得到细化。当 Y含量为 0 .8wt%时细化效果最明显 ,此时 Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度和硬度值最大。     

Ti(C,N)基金属陶瓷添加成分的研究进展

简要介绍了Ti(C,N)基金属陶瓷的典型结构,着重概述了化学成分对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和力学性能的影响。     

渗硼对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纳米改性Ti(C,N)基金属陶瓷,并用固体粉末法对其进行了渗硼处理。研究了渗硼处理对Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织以及抗弯强度和硬度的影响。结果表明:渗硼处理使Ti(C,N)基金属陶瓷中生成了CoB、TiB2、MoB2和石墨相。金属陶瓷的渗硼层由硼化物层、扩散层和基体区组成,厚度为100～140μm。硼化物层主要由CoB组成,扩散层含有较多孔隙,基体区存在富硼的渗硼影响区,影响区具有与Ti(C,N)基金属陶瓷近似的微观组织,但金属相含量较少。渗硼处理使Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度降低,主要是由材料中产生的热应力、组织应力以及组织变化引起的。Ti(C,N)基金属陶瓷的表面硬度提高48.7%。在由渗硼层表面向内部100～140μm范围内,硬度呈下降趋势。     

原始粉末粒度组合对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

采用粉末冶金方法制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,研究了TiC和TiN在不同粒度组合下,Ti(C,N)基金属陶瓷的组织和性能。利用SEM、XRD等分析手段对所制备的金属陶瓷进行分析。结果表明,采用微米级TiC和纳米级TiN粒度组合得到的Ti(C,N)基金属陶瓷综合力学性能最好。其抗弯强度达到了1 052.8 MPa,断裂韧性达到了9.3 MPa·m1/2。     

冷却方式对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响

采用真空烧结工艺制备微米级Ti(C,N)基金属陶瓷。通过XRD、SEM等研究了液相烧结后,冷却方式对微米级Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织、力学性能的影响。试验结果表明,烧结后随炉冷却,烧结体可获得较均匀的显微组织,且环形相完整且厚度适中;冷却时,在液相阶段增加保温台阶,晶粒有所长大且有发生团聚现象发生,环形相变厚,导致材料的力学性能下降。微米级Ti(C,N)基金属陶瓷烧结后合适的冷却方式为无保温、随炉冷却。     

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)基金属陶瓷材料显微结构与性能研究进展

对国内外近年来有关Ti(C,N)基金属陶瓷材料的显微结构与性能的研究成果进行了总结。首先,介绍了Ti(C,N)基金属陶瓷材料的发展史;Ti(C,N)基金属陶瓷的显微结构、力学性能,以及显微结构与其性能的关系等。其次,列举并比较了不同的烧结方法所制备的Ti(C,N)基金属陶瓷材料的力学性能;结果表明:微波烧结和放电等离子烧结技术在较低的温度就可以成功烧结高硬度、高抗弯强度与断裂韧性高的产品,但实际生产中,这类技术还没有广泛被应用,应用最广的是真空烧结方法。最后介绍了Ti(C,N)基金属陶瓷材料的今后的研究趋势。     

Mo_2C对Ti(C,N)基金属陶瓷腐蚀性能的影响

通过静态浸泡腐蚀和动电位极化两种方法,研究了Mo2C对Ti(C,N)基金属陶瓷在NaOH溶液中腐蚀性能的影响。实验结果表明:Ti(C,N)基金属陶瓷的耐蚀性明显优于WC-Co硬质合金;添加Mo2C可以大幅度提高Ti(C,N)基金属陶瓷的机械性能,硬度从91.2到94.0 HRA和抗弯强度从930到1 350 MPa,但会降低金属陶瓷的耐蚀性能;由于Mo2C的加入,会使金属陶瓷的动电位极化曲线出现两个钝化区,但是两个钝化区域的电流均未达到真正的钝化电流(10-5A/cm2),因而这些钝化现象均为伪钝化;在经动电位极化后的试样表面,粘结相Ni和白色的内环相均会被腐蚀,其中内环相为富Mo的(Mo,Ti)(C,N)固溶体,其耐腐蚀性较未溶的Ti(C,N)芯更差。随着Mo2C添加量的提高,内环形相的厚度随之会增加,从而降低了Ti(C,N)基金属陶瓷的耐蚀性能。     

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。     

Effect of carbon content and cooling mode on the microstructure and properties of Ti(C,N)-based cermets

Ti(C,N)-based cermets were prepared by vacuum liquid sintering. The effects of carbon content as well as cooling mode on the microstructure, magnetic and mechanical properties of the cermets were investigated by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscope (TEM) and vibrating sample magnetometer (VSM). Hardness and transverse rupture strength (TRS) were also measured. The grains of Ti(C,N)-based cermets became finer and solid solubility of titanium, molybdenum, tungsten in binder phases decreased with increasing carbon content. The thickness of the rim phases increased when the cermet was annealed at 1360 °C for 30 min during cooling, which resulted in the decrease of the hardness and the transverse rupture strength (TRS). On the other hand, the magnetic saturation of Ti(C,N)-based cermets increased with increasing carbon content, which was due to the decrease of the solid solution of alloy elements in binder phases.     

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。     

第二相碳化物对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

简要介绍了Ti(C,N)基金属陶瓷的基本结构,重点阐述了第二相碳化物对Ti(C,N)基金属陶瓷的组织结构和力学性能的影响。     

Ti(C,N)基金属陶瓷力学性能和高温抗氧化性能的研究

本文研究了添加不同比例的TaC、NbC对Ti(C,N)-NiMo系金属陶瓷的力学性能的影响及在750℃空气中的氧化行为,测定并计算了恒温氧化增重与时间的函数关系及氧化速率常数。结果表明,这类陶瓷材料的氧化为"钝性氧化",TaC/NbC质量比为4:3时,显示出较好的力学性能和抗氧化性。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)等手段,分析了氧化膜的组成与结构,探讨了Ti(C,N)基金属陶瓷高温下的氧化机制。