Ti(C,N)_w/Ti(C,N)基金属陶瓷的组织与力学性能研究

采用Ti(C,N)晶须和颗粒复合粉末(Ti(C,N)w+Ti(C,N)p)制备Ti(C,N)w/Ti(C,N)基金属陶瓷。研究了复合粉末对金属陶瓷组织及性能的影响。结果表明,Ti(C,N)w的加入,金属陶瓷的各项力学性能都得到了提高。组织表现为环形相结构特征,与Ti(C,N)基金属陶瓷相比,双层环形相结构所占比例增大,且尺寸加厚。烧结组织中Ti(C,N)w的长径比大于临界长径比,在强化金属陶瓷方面起着重要的作用。环形相使Ti(C,N)w与基体界面结合紧密,增韧机制主要表现为裂纹桥联和裂纹偏转,拔出效应不明显。     

球磨工艺对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Ti(C,N)基金属陶瓷。重点研究了球磨工艺包括球料比、球磨转速以及球磨时间对Ti(C,N)基金属陶瓷的组织和性能的影响。采用XRD、SEM等分析手段对制备的金属陶瓷进行了分析。研究结果表明:球磨时在球料比为7:1,抗弯强度最高;转速为400 r/min,抗弯强度为1176.4 MPa,断裂韧性12.0 MPa·m~(1/2);混料时间为24 h,抗弯强度和断裂韧性均最高,分别达到1169.2 MPa和10.5 MPa·m~(1/2)。     

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。     

CeO2添加量对Ti(C,N)基金属陶瓷显微结构和力学性能的影响

采用真空烧结工艺制备了(56-x)Ti(C0.5,N0.5)-20WC-3.5Mo2C-20(Co+ Ni)-xCeO2(x=0,0.05％,0.1％,0.2％)系列金属陶瓷,研究了CeO2添加量对Ti(C,N)基金属陶瓷显微结构和力学性能的影响.结果 表明:添加适量的CeO2有利于Ti(C,N)金属陶瓷显微组织细化,使硬质相颗粒尺寸减小,而且分布更加均匀,从而提高其力学性能.此外,添加CeO2后金属陶瓷中裂纹扩展过程产生较多的桥接现象,使其具有较高的断裂韧性.随着CeO2添加量增加,Ti(C,N)金属陶瓷的密度和力学性能先增大后减小,CeO2添加量为0.1％时,金属陶瓷的密度、硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为6.51 g/cm3、91.6 HRA、1577 MPa和9.11 MPa·m1/2.     

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。     

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。     

原位碳热还原法制备Ti(C,N)基金属陶瓷的烧结技术研究

基于原位碳热还原法,通过真空液相烧结制备了Ti(C,N)基金属陶瓷。利用XRD、SEM、EDS等手段研究了不同烧结工艺参数对金属陶瓷显微组织和力学性能的影响。结果表明:基于原位碳热还原法制备出的Ti(C,N)基金属陶瓷,与常规方法制备的金属陶瓷相比,其显微组织中具有白芯-灰壳结构硬质相和没有明显包覆相的灰色硬质相的体积占比均明显增加,而具有黑芯-灰壳结构硬质相的体积占比明显减小;经1 400℃烧结,保温60 min,材料的组织均匀性较好,环形相厚度适中,且具有最佳的室温力学性能:抗弯强度为2 516 MPa,硬度为88.6 HRA,断裂韧性为18.4 MPa·m1/2。     

WC含量对超细Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

采用真空烧结法制备超细Ti(C,N)基金属陶瓷,研究WC含量0wt%～20wt%对超细Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响。通过SEM观察组织形貌发现,添加WC后金属陶瓷的组织出现了典型的芯壳结构,并且芯壳产生了明显细化,但当WC添加量超过15wt%时,环形相碳化物粗化、变脆。伴随着WC添加量,抗弯强度、硬度、断裂韧性均呈现先上升再下降的趋势。在WC添加量15wt%时,抗弯强度达到1262MPa,维氏硬度值达到16.3HV,金属陶瓷的综合力学性能达到最优。     

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。     

(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。     

纳米Ti(C,N)增强Ti(C,N)基金属陶瓷的研究

采用纳米Ti(C，N)粉末制备Ti(C，N)基金属陶瓷，研究了纳米粉末对金属陶瓷组织及性能的影响。结果表明，粉末冶金过程中，纳米Ti(C，N)粉末易于在粘结相中扩散与溶解及沿晶界分布，降低了硬质相在粘结相中的溶解度，抑制了晶粒长大，提高了材料的红硬性能。抗弯强度与晶粒尺寸满足于Hall-Perch公式，5wt％～l0wt％的纳米粉末加入量可使金属陶瓷的抗弯强度和切削性能得到较大的提高，但硬度变化不大。切削磨损主要表现为磨粒磨损和轻微的粘着磨损，磨痕细小均匀。     

Ti(C,N)复合膜和TiN/Ti(C,N)多层膜组织和显微硬度

采用非平衡反应磁控溅射的方法在Si(100)基片上沉积Ti(C,N)复合膜和不同调制周期、调制比的TiN/Ti(C,N)纳米多层薄膜。薄膜的微观结构和力学性能采用X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计进行表征。结果表明,Ti(C,N)复合膜的微观结构和力学性能与掺入C的含量有关;TiN/Ti(C,N)纳米多层膜的微观结构和力学性能与调制周期和调制比有关,其显微硬度在一定的调制周期和调制比范围内出现了超硬现象。Ti(C,N)、TiN/Ti(C,N)均为δ-NaCl面心立方结构;Ti(C,N)复合膜显微硬度提高是因为固溶强化,TiN/Ti(C,N)纳米多层膜硬度的提高主要是共格外延生长在界面处产生的交变应力场。     

Ti(C,N)粉末的微晶化

行星球磨制备微粉的工艺方法,可有效地使Ti(C,N)粉末细化,粉末的表面活性增强,并伴随明显的微晶化,有利于其后烧结过程的进行,并且其晶格常数变化不大。     

Effect of submicron Ti(C,N) on the microstructure and the mechanical properties of Ti(C,N)-based cermets

There is an increased industry demand for Ti(C,N)-based cermets with improved material properties. One of the parameters which are supposed to influence these properties is the mean particle size of the Ti(C,N) powder used. In this study the effects of a newly developed submicron Ti(C,N) powder grade on the properties of Ti(C,N)-based cermets, including hardness, toughness and microstructure were investigated. The cermets showed only small differences with respect to outgassing upon sintering (investigated by MS-EGA) as well as shrinkage (dilatometry). Cermet formulations with submicron Ti(C,N) could be sintered under identical conditions as with fine Ti(C,N), yielding completely dense bodies of A00 porosity. From SEM and XRD investigations it was found that submicron Ti(C,N) powders cause accelerated diffusion and homogenisation of the microstructure leading to a substantially increased amount of outer rim phase, a higher amount of inverse grains and substantially finer and less Ti(C,N) cores. Upon using submicron Ti(C,N), hardness (HV10) is increased and in one grade the fracture toughness (Palmqvist–Shetty) is increased as well.     

Evolution of Ti （C, N）-based cermet microstructures

Two series of Ti(C, N)-based cermet materials originating from the same chemical composition but with dif-ferent grain size distribution and sintered to different stages of the sintering cycle have been studied using SEM, TEM,EDX, and XRD. Much of the surrounding structure is formed during solid state sintering. During the solid state sintering, at first, the Mo and W rich (Ti, Mo, W)C inner rim is formed by the interaction among TiC, WC, and Mo2C; then the Mo and W lean (Ti, Mo, W)(C, N)outer rim is formed. During the liquid phase sintering, the outer rim of coarse grains grows rapidly throw a solution-reprecipitation process; aLso coarse grains grow by particle coalescence. The interface between coarse grain outer rim and binder is flat (crystal surface).     

Oxidation resistance and thermal stability of Ti(C,N) and Ti(C,N,O) coatings deposited by chemical vapor deposition

Ti_0.51C_0.24N_0.25 and Ti_0.51C_0.26N_0.21O_0.02 coatings were deposited by medium temperature chemical vapor deposition, their oxidation resistance and thermal stability at 600 °C were compared. Ti(C,N,O) coating is oxidized faster than Ti(C,N) coating. The oxidation resistance of Ti(C,N,O) coating is impaired not only by the existence of more pores, fissures and cracks in the oxide layer, but also by lower interfacial adhesion. Higher tensile stress has a negative impact on the oxidation resistance of Ti(C,N,O) coating. It promotes the formation and development of more defects and cracks during cyclic oxidation, it is also harmful to the interfacial adhesion. Although the oxidation resistance of Ti(C,N,O) coating is inferior, the thermal stability is improved. The incorporation of oxygen slows down the phase transformation of Ti(C,N,O) at 600 °C. During the annealing, the hardness of Ti(C,N,O) coating is always higher than that of Ti(C,N).     

Ti(C,N)中非化合氮的测定

脉冲加热 -气相色谱热导法测定了 Ti( C,N )中的非化合氮。通过阶梯升温法确定了最佳的分析条件。并与加热 -氢萃取法比较 ,证明本方法简便、可靠性更高     

Ti(C,N)基金属陶瓷的耐腐蚀性

研究了Ti（C,N）基金属陶瓷在5％HNO3、50％NaOH溶液中的耐腐蚀性能,对比了金属陶瓷与YG8硬质合金在同种腐蚀介质中的耐蚀性优劣,并对金属陶瓷在5％HNO3溶液中的腐蚀形貌进行观察。试验结果表明：金属陶瓷有良好的耐酸碱腐蚀性能,其耐蚀性与粘结相的含量密切相关,粘结相的含量愈低,耐蚀性愈好;金属陶瓷的耐蚀性明显优于YG8硬质合金;金属陶瓷的腐蚀机理为钝化膜保护的电化学腐蚀。