Ti(C,N)基金属陶瓷增韧研究进展

Ti(C,N)基金属陶瓷作为一种新型工具材料,具有优良的耐磨性、高温红硬性、优良的化学稳定性以及金属间极低的摩擦系数的优点,同时全球钛储量是钨储量的1 000倍左右,是极佳的WC-Co硬质合金替代材料。但相比于HW类硬质合金,Ti(C,N)基金属陶瓷的强韧性低,如何提升其强韧性是开发高性能Ti(C,N)基金属陶瓷的技术瓶颈之一,也一直是全世界范围的一个研究热点。本文基于相转变法、显微裂纹法、裂纹偏转法、拔出法、裂纹桥接法、残余压力屏蔽效应等增韧手段,系统地综述了国内外Ti(C,N)基金属陶瓷增韧方面的研究进展,分析了Ti(C,N)基金属陶瓷增韧面临的问题并展望了未来金属陶瓷增韧的研究方向,以期为开发强韧性高、性能稳定的新型Ti(C,N)基金属陶瓷材料提供参考。     

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(C,N)基金属陶瓷的摩擦磨损研究

本文对Ti(C,N)基金属陶瓷材料的摩擦磨损行为及其磨损机理进行了研究.试验结果表明:与具有相同硬度的WC-Co合金和钢结硬质合金相比,Ti(C,N)金属陶瓷具有优异的耐磨性和较低的摩擦系数,其耐磨性随粘结相含量的增加而降低.Ti(C,N)基金属陶瓷磨损过程中,首先由表面微凸体间相互滑过,发生粘着,犁削,引起磨损,跑合一定时间后磨损由硬质相晶粒剥落控制.     

金属陶瓷材料及其在切削刀具上的应用

文章论述了TiC基、Ti(C，N)基金属陶瓷的性能及其特点；作为刀具材料，金属陶瓷比硬质合金具有更多的优异性能，说明金属陶瓷作为刀具材料应用的范围。     

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。     

Cr含量对Ti(C,N)基金属陶瓷高温抗氧化性的探究

采用真空烧结(真空度小于3 Pa)制备不同Cr含量Ti(C,N)基金属陶瓷,探究Ti(C,N)基金属陶瓷900 ℃时的抗氧化性.结果 表明,Cr元素能大大的提高Ti(C,N)基金属陶瓷的高温抗氧化性能.添加Cr元素的Ti(C,N)基金属陶瓷的氧化层为多层,氧化层的主要成分是NiCr2O4、NiWO3、NiTiO3,过渡...     

烧结工艺对Ti(C,N)基金属陶瓷性能的影响

采用粉末冶金法制备Ti(C,N)基金属陶瓷,利用金相图像分析系统和扫描电镜观察陶瓷表面孔洞和微观组织形貌,分析了热处理和烧结气氛工艺对不同碳氮比的Ti(C,N)基金属陶瓷性能的影响.结果表明:真空烧结后的热处理工艺可使Ti(C,N)基金属陶瓷的横向断裂强度提高10%以上,硬度也有不同程度的提高,其中Ti(C0.5 N0.5)基金属陶瓷适合采用低压工艺处理,Ti(C0.7 N0.3)基金属陶瓷适合采用热等静压工艺处理.氮气气氛烧结中,Ti(C0.5 N0.5)基金属陶瓷在氮分压值为2kPa时的横向断裂强度达到最大值,而硬度变化不明显,这可归因于合适的氮分压阻碍了金属陶瓷内氮化物的分解,提高了材料的致密度,细化了晶粒组织.     

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。     

第二相碳化物对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

Ti(C,N)基金属陶瓷具有优异的高温硬度和耐磨性、低摩擦系数、良好的热稳定性和化学稳定性,但是断裂强度差和冲击韧性不足是其致命的缺点。在Ti(C,N)基金属陶瓷中添加第二相碳化物是提高Ti(C,N)基金属陶瓷强韧性的一种重要途径,本文根据不同种类的第二相碳化物在Ti(C,N)基金属陶瓷中的作用对其进行分类和归纳,从而得出第二相碳化物对Ti(C,N)基金属陶瓷的作用主要有改善粘结相对硬质相的润湿性、抑制晶粒长大以及改善机械性能。     

(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。     

纳米改性Ti(C,N)基金属陶瓷研究进展

分析了Ti(C,N)基金属陶瓷的发展、组织结构、性能特点及应用;特别阐述了近年来纳米改性Ti(C,N)基金属陶瓷的研究动态和进展,指出了Ti(C,N)基金属陶瓷未来发展趋势是向超细晶粒(纳米结构化)方向和提高材料的强韧性、可靠性方向发展。     

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。     

Ti(C,N)基金属陶瓷材料的强韧化研究进展

概述了国内外Ti(C,N)基金属陶瓷材料强韧化的研究进展及应用现状,指出了Ti(C,N)基金属陶瓷研究亟待解决的相关问题及发展趋势。     

液-固扩散焊复合连接Ti(C,N)与40Cr的界面行为与接头强度

通过预置Ti/Cu非对称中间层对Ti(C,N)基金属陶瓷与40Cr钢进行了液-固扩散焊复合连接试验,重点研究了界面组织、接头强度及其影响因素.结果表明,通过预置Ti/Cu非对称中间层液-固扩散焊,能够分别实现Ti(C,N)基金属陶瓷与铜箔,以及铜箔与40Cr钢之间的冶金结合;Ti(C,N)基金属陶瓷界面物相呈梯度分布,形成Ti(C,N)基金属陶瓷/TiAl₂/Ti₂Cu/TiCu/铜箔结构;Ti(C,N)基金属陶瓷一侧靠近界面区域存在较大的焊接残余拉应力,以及脆弱的TiAl₂金属间化合物层,是制约焊接接头强度的关键因素;单纯以铜箔为中间层,采用常规固相扩散焊连接Ti(C,N)基金属陶瓷,即使在加热温度1223 K、压力20 MPa条件下,也难以实现Ti(C,N)基金属陶瓷与铜箔的有效连接.     

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。     

碳添加量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

碳含量对Ti(C,N)基金属陶瓷的显微组织和机械性能有着重要影响。本文综述了碳含量对Ti(C,N)基金属陶瓷晶粒大小、相成分和力学性能的影响,分析了影响机制。在一定范围内适当调整碳含量,可以获得综合性能良好的Ti(C,N)基金属陶瓷。     

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。     

金属陶瓷材料的国内外研究进展

金属陶瓷因其具有良好的硬度、耐磨性和高化学稳定性,成为制造业中不可或缺的一部分。本文以典型的金属陶瓷应用材料硬质合金、Ti(C,N)基金属陶瓷与三元硼化物基金属陶瓷为例,梳理金属陶瓷的研究现状。总结了金属陶瓷的陶瓷相、黏结相组织特点,制备过程的机理,以及计算模拟在金属陶瓷中的应用。最后,对金属陶瓷材料优化设计、新工艺、创新研究方法以及生产中产品质量问题解决策略等方面进行了展望。     

(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。     

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。