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。     

TiN含量对Ti(C,N)/NiCr金属陶瓷微观结构和力学性能的影响

采用粉末冶金真空烧结方法制备了Ti（C,N）／NiCr金属陶瓷．研究了TiN含量对Ti（C,N）／NiCr金属陶瓷微观结构与力学性能的影响、结果表明,TiN的加入既改变了金属陶瓷硬质相颗粒的尺寸,使其变小,也改变了硬质相颗粒的形貌,使其由圆形变为多边形;随TiN含量的增加,金属陶瓷的抗弯强度均出现先增加后降低的规律,但在较低的烧结温度下,抗弯强度在TiN含量为4％时达到最大值,而在较高的烧结温度下,抗弯强度在TiN含量为6％时达到最大值;硬度在TiN含量〈10％时变化不明显,TiN含量〉10％时硬度急剧下降;抗弯断口以穿晶解理为主要的断裂模式．     

烧结工艺和粘结相对Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织的影响

采用真空烧结法制备了高密度Ti(C,N)基金属陶瓷,通过SEM和EDS等分析手段分别研究了烧结工艺参数和粘结相成分对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和断口形貌的影响.结果表明:经1220℃保温2h处理后的试样显微组织致密,气孔少,具有典型的“芯-环”结构且分布均匀,其断口形貌呈现出较多的韧窝和发达的撕裂棱,断口整体较为致密、层次感较强;在相同的烧结工艺下,粘结相成分为10％Ni5％Co的Ti(C,N)基金属陶瓷组织致密、晶粒细小,粘结相分散更加均匀,断裂方式主要是沿晶断裂,伴有大量断裂韧窝和发达的撕裂棱的出现.高含量Co替代Ni的Ti(C,N)基金属陶瓷试样断口形貌较为平整、发亮,具有穿晶断裂特征.     

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。     

二次低压烧结对Ti(C,N)基金属陶瓷组织与性能的影响

本文对真空烧结后的Ti(C,N)基金属陶瓷进行了二次低压烧结并对材料的组织和性能做了研究。研究发现,二次低压烧结后,Ti(C,N)基金属陶瓷中出现了一些白色的芯相组织,与黑色的芯相比,其Mo含量更高,而Ti含量更低。低压烧结后,金属陶瓷中的孔隙减少了,硬质相平均晶粒度从0.8μm增加到0.9μm。金属陶瓷的线收缩率从18.7%增加到20.3%;相对密度从99.19%增加到99.31%;硬度从93 HRA下降到92.8HRA;横向断裂强度从1 587 MPa增加到1 844 MPa。从断口形貌看,二次低压烧结后金属陶瓷断口中硬质相内部的微裂纹减少了,而且穿晶断裂的现象增多。     

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)基纳米复合金属陶瓷材料的力学性能与微观结构

采用真空热压工艺制备了添加纳米ZrO2和微米WC的Ti(C,N)基纳米复合金属陶瓷材料,并研究了材料的力学性能与微观结构。结果表明:在纳米ZrO2添加量为5%、微米WC添加量为9.6%(质量分数,下同)时,Ti(C,N)基纳米复合金属陶瓷材料的综合力学性能较好,抗弯强度为1014MPa,断裂韧性为7.25MPa·m1/2,硬度为15.57GPa,其抗弯强度和断裂韧性比未添加纳米ZrO2与微米WC的Ti(C,N)基金属陶瓷材料分别提高了3.5%和18.1%。材料断裂模式为以穿晶断裂为主的穿晶/沿晶断裂混合模式。"晶内型"纳米结构弥散增韧、纳米ZrO2相变增韧以及裂纹桥联、裂纹偏转是其主要的增韧补强机理。     

Cr_3C_2对纳米Ti（C,N）基金属陶瓷组织和性能的影响

研究了Cr3C2含量对纳米Ti（C,N）基金属陶瓷组织和性能的影响。测定了抗弯强度、硬度和断裂韧度;进行了XRD相结构分析;用扫描电镜观察了组织结构与断口形貌。结果表明,Cr3C2添加量为1.5%时,材料的综合性能最好。     

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。     

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。     

烧结温度对Ti(C,N)基金属陶瓷组织及力学性能的影响

采用真空烧结制备了Ti(C,N)-Mo-Ni金属陶瓷,利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和维氏硬度计研究了烧结温度对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织及力学性能的影响。结果表明:随着烧结温度的提高,粘结相逐渐从块状向网状转变,当烧结温度达到1450℃时,网状粘结相基本形成。1450℃是敏感烧结温度,在此温度,硬质相颗粒开始发生异常长大,且存在尖角硬质相颗粒,尖角的硬质相颗粒易发生穿晶断裂,降低材料的断裂韧性。当烧结温度高于1450℃,硬质相颗粒尺寸逐渐趋于均匀,硬质相颗粒尖角钝化。在1510℃烧结的样品具有较好的显微组织和力学性能,维氏硬度达到1700 HV30,断裂韧性KIC达到8.56 MPa·m~(1/2)。     

WC粒径对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

用真空烧结法制备了添加微米级和亚微米级WC的Ti(C,N)基金属陶瓷,研究了WC粒径对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响。研究结果表明:添加微米级和亚微米级WC的Ti(C,N)基金属陶瓷试样均呈现出典型的"芯-环"结构,但在添加了亚微米级WC的试样中出现了"白芯-灰环"结构。同时,随着原始WC颗粒粒径的变小,其硬质相和黑色的芯相尺寸变小,而且黑色的芯相体积分数也变小。能谱分析表明,白色芯相具有与环形相相同的元素组成,但白色芯相含有较多的W和Mo元素。力学性能测试表明,添加亚微米级WC的金属陶瓷的抗弯强度要优于添加微米级WC的金属陶瓷,但硬度却偏低。     

Ti(C,N)固溶体的N/C原子比对Ti(C,N)基金属陶瓷组织及力学性能的影响

本文以不同N/C原子比的Ti(C,N)固溶体为硬质相,通过真空烧结制备了Ti(C,N)基金属陶瓷。用三点弯曲法、洛氏硬度计、压痕法分别测得试样的抗弯强度、硬度、断裂韧性,并通过光学金相显微镜、XRD、SEM、EDS等手段研究了Ti(C,N)固溶体的N/C原子比对Ti(C,N)基金属陶瓷组织的影响规律。结果表明:在一定范围内随着N/C原子比的增大,Ti(C,N)固溶体在液相中溶解度下降,环形相的析出受到抑制,使得金属陶瓷的硬质相芯部逐渐细化且分散均匀,环形相厚度减薄。但Ti(C,N)固溶体的N/C原子比为6∶4及以上时,硬质相与液相之间的润湿性较差,使得金属陶瓷孔隙度增加,显微组织中开始出现亮白色的晶粒。随N/C原子比的增大,金属陶瓷的抗弯强度和硬度先增大后降低,断裂韧性逐渐降低。当Ti(C,N)固溶体的N/C原子比为5∶5时,金属陶瓷的综合力学性能最佳,其抗弯强度为2 429 MPa,硬度为92.2 HRA,断裂韧性为8.44 MPa·m~(1/2)。     

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。     

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。     

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。     

Ti(C,N)基金属陶瓷断口形貌及增韧机理

采用真空烧结工艺制备Ti(C,N)基金属陶瓷,测定了材料的力学性能。结果表明,其力学性能与未加纳米粉的金属陶瓷相比,硬度略有升高,但横向断裂韧性提高了近一倍。断口形貌和微观组织分析表明:金属陶瓷的断口形貌与其强韧性有着密切的关系。纳米粉的加入降低了原始粉末的平均粒度,使得金属陶瓷硬质相的粒度降低,减小了晶粒间的平均自由程。镶嵌于大颗粒环形相和弥散分布于粘结相中的细小硬质相颗粒,对裂纹的形成和扩展起到阻碍作用,会使金属陶瓷因裂纹扩展途径发生偏转而增韧。     

微米／纳米Ti（C,N）基金属陶瓷刀具材料的研制

系统研究了添加纳米级Al2O3的含量对Ti(C,N)基金属陶瓷力学性能和显微结构的影响。结果表明:纳米Al2O3的添加可大幅提高Ti(C,N)基金属陶瓷的力学性能,特别是硬度和断裂韧性明显提高,克服了Ti(C,N)基金属陶瓷硬度较低的缺点,扩大了其应用范围。通过对微观结构观察和分析,可以看出,纳米Al2O3的添加细化了基体的晶粒,主要断裂模式为穿晶断裂,晶粒的细化和断裂模式的改变是材料力学性能提高的主要原因。     

Mo含量对Ti(C,N)基金属陶瓷在H_2SO_4溶液中腐蚀性能的影响

本文以四种不同Mo含量的Ti(C,N)基金属陶瓷为研究对象,通过组织观察、孔隙率测定、抗弯强度、硬度测试方法研究了Mo含量的变化对Ti(C,N)-Ni金属陶瓷组织和性能的影响,试验结果表明:Ti(C,N)基金属陶瓷呈现典型的芯-环结构,随Mo添加量增加,晶粒发生明显细化,抗弯强度及硬度增加。通过电化学测试方法,如动电位极化、交流阻抗曲线测定(EIS)、静态浸泡腐蚀试验等方法,结合腐蚀形貌观察,研究了不同Mo含量对Ti(C,N)基金属陶瓷在0.2 mol/L H2SO4溶液中的电化学性能和腐蚀性能的影响规律。含有Mo的Ti(C,N)-Ni金属陶瓷的极化曲线存在两个钝化区,其中一个为"伪钝化"区,随Mo元素含量增加,其维钝电流密度减小,维钝区间扩大。交流阻抗试验显示,Ti(C,N)-Ni金属陶瓷的反应阻抗值会随着Mo含量的增加而变大。Ti(C,N)-Ni金属陶瓷在试验溶液中的腐蚀速率也会随Mo含量的增加而明显下降。主要原因是由于随着Mo添加量的增加,降低陶瓷的孔隙率,增大了材料的致密度,改善了硬质相和粘结相之间的润湿性;而且溶解于粘结相中的Mo含量提高,提高了粘结相的耐蚀性,从而降低了金属陶瓷在H2SO4溶液中的腐蚀速率。     

烧结工艺和Y_2O_3添加量对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响

以TiC、TiN、Ni、Co等粉末为主要原料,以稀土Y2O3为添加剂,采用无压烧结技术制备Ti(C,N)基金属陶瓷,研究烧结工艺和稀土Y2O3添加量对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着温度的升高,TiC、TiN、WC、Cr3C2、Mo等相逐渐消失,向硬质芯相扩散发生固溶,经溶解-析出过程,最终形成新的Ti(C,N)硬质相和(Cr,W,Mo,Ti)(C,N)固溶体环形相,黏结金属Ni和Co主要以Ni相、TiCo和Co3W3C中间相的形式存在;稀土Y2O3的添加未改变Ti(C,N)基金属陶瓷烧结过程中的相结构演变过程,材料的显微硬度、抗弯强度和断裂韧性均随Y2O3添加量的增加呈先增加后降低的趋势,当Y2O3的加入量为0.8%(质量分数)时,Ti(C,N)基金属陶瓷的力学性能最佳,样品的显微硬度、抗弯强度和断裂韧性相比1450℃烧结50 min样品的分别提高了7.9%、45.8%和6.1%。