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。     

纳米Ti(CN)基金属陶瓷烧结过程中的组织结构演变

用分段真空烧结、背散射扫描电镜、透射电镜和能谱分析等手段研究纳米Ti(CN)基金属陶瓷在烧结过程中的组织结构演变。结果表明:纳米Ti(CN)粉末金属陶瓷在1 200℃以后开始发生剧烈的固相反应,纳米Ti(CN)粉末与M反应形成富M(M=Mo,W,Ta)的(Ti,M)(CN)固溶体为核,贫M的(Ti,M)(CN)固溶体为环的“亮芯黑环结构”,在1 350℃即可获得致密的合金。而微米金属陶瓷中Ti(CN)粉末颗粒很少参与固溶反应而成为核,富钨和富Mo的固溶体为环,形成“黑芯亮环结构”,烧结温度在1 400℃以上才能获得致密合金。     

Ti(C,N)基金属陶瓷烧结过程中的相变

该文对不同温度下烧结的试样作了X－射线分析，测定了不同温度下，硬质相和粘结相的点阵常数，各主要组成相X射线的相对衍射强度，并对最终烧结体进行了能谱分析。通过以上实验，确定了Ti（C，N）基金属陶瓷烧结过程中所发生的相变、固溶等变化规律。     

纳米Ti(CN)基金属陶瓷烧结过程中的结构和相变

用分段真空烧结、X射线衍射和背散射扫描电镜研究了纳米Ti(CN)基金属陶瓷在烧结过程中的结构和相成分的演变.结果表明:纳米Ti(CN)基金属陶瓷在900℃以后,Mo2C和TaC开始由于扩散,与Ti(CN)发生固溶反应,在1200℃以前,Mo2C和TaC固溶反应结束,两相均消失.WC在1100℃以后,开始由于扩散,与Ti(CN)发生固溶反应,在1250℃以前消失.在1250℃以后,合金中只有Ti(CN)和Ni(Ni+Co)两相存在.纳米Ti(CN)粉末与M(M=Mo,W,Ta)反应形成富M的(Ti,M)(CN)固溶体为核,贫M的(Ti,M)(CN)固溶体为环的"亮芯黑环"环形结构,在1350℃即可获得致密的合金.     

纳米TiN改性Ti(C,N)基金属陶瓷的抗热震性能

为研究不同粘结相对纳米TiN改性Ti(C,N)基金属陶瓷抗热震性能的影响,真空烧结制备了粘结相质量分数分别为20%Ni、10%Co-10%Ni和20%Co的Ti(C,N)基金属陶瓷。采用扫描电镜研究了材料的组织,并测量了力学性能。采用压痕-急冷法主要研究了其抗热震性能,结果表明,随着温度的升高和热循环次数的增加,裂纹增长,粘结相为Ni的金属陶瓷的抗热震性优于粘结相为Co的金属陶瓷。显微照片表明,裂纹主要沿硬质相/粘结相界面及粘结相扩展。     

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。     

纳米Ti(C,N)基金属陶瓷制备技术研究进展

概述了纳米Ti(C,N)基金属陶瓷制备技术的研究进展,重点对纳米陶瓷粉末的团聚与分散、纳米陶瓷粉末的氧含量对性能的影响以及纳米金属陶瓷的烧结技术进行了介绍与探讨。分别介绍了真空烧结、放电等离子烧结、热压烧结以及微波烧结在制备纳米Ti(C,N)基金属陶瓷时的优势,及各自存在的问题,为开发新的适于纳米Ti(C,N)基金属陶瓷的烧结方法及烧结工艺提供了参考。     

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。     

纳米Ti（CN）基金属陶瓷烧结过程中的结构和相变

用分段真空烧结、X射线衍射和背散射扫描电镜研究了纳米Ti（CN）基金属陶瓷在烧结过程中的结构和相成分的演变。结果表明：纳米Ti（CN）基金属陶瓷在900℃以后，Mo2C和TaC开始由于扩散，与Ti（CN）发生固溶反应，在1200℃以前，Mo2C和TaC固溶反应结束，两相均消失。WC在1100℃以后，开始由于扩散，与Ti（CN）发生固溶反应，在1250℃以前消失。在1250℃以后，合金中只有Ti（CN）和Ni（Ni＋Co）两相存在。纳米Ti（CN）粉末与M（M=Mo，W．Ta）反应形成富M的（Ti，M）（CN）固溶体为核，贫M的（Ti，M）（CN）固溶体为环的“亮芯黑环”环形结构，在1350℃即可获得致密的合金。     

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。     

Phase Evolution during the Sintering of Submicron Ti(C,N)-Based Cermets

1 IntroductionTi(C,N)-based cermets consist Inainly ofhard carbonitride grains embedded in the toughbinder phase that is based on Co or Ni[l].MozC or WC in cermts imProves usually thewetting of carbonitride grains by the binder[2].Most of the carbonitride particles have core-rimstrUcture shown as figUre 1. The formationmechanism of this delicatC strUctUre is not yetclearly understood. Suzch et al.[3] prOPosedthe dissoluhon of Mo2C and TiC particles intoliquid Ni and the reprecipitatio…     

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).     

渗硼对Ti(C,N)基金属陶瓷刀具性能的影响

采用粉末冶金法制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,并用固体渗硼法对其进行了渗硼处理。研究了渗硼后金属陶瓷的微观组织和力学性能以及渗硼对切削性能的影响。结果表明:Ti(C,N)基金属陶瓷的渗硼层组织由硼化物层、扩散层和基体区组成。渗硼使金属陶瓷的表面硬度提高,抗弯强度降低。渗硼使金属陶瓷刀具在切削速度为200 m/min时的使用寿命提高约1倍;在300 m/min切削速度下,渗硼对延长金属陶瓷刀具的使用寿命没有明显作用;切削速度增至400 m/min时,渗硼使金属陶瓷刀具的使用寿命变短。强烈的热冲击是导致高速切削条件下渗硼层耐磨性降低的主要原因。渗硼层有效地减轻了金属陶瓷刀具表面发生的粘结,并抑制了刀具的扩散磨损和氧化磨损。     

Ti(C,N)基金属陶瓷的芯-壳显微结构与性能研究

以TiC、TiN为原料,Ni、Co为粘结剂,WC、Mo2C、TaC、C、Cr3C2为添加剂,采用真空热压烧结工艺制备Ti(C,N)基金属陶瓷材料。借助于SEM、EDS和XRD分别分析其显微结构、组成和物相,并测试其性能。结果表明:按配方(质量分数,%):TiC:41.2,TiN:10,Ni:7,Co:7,Mo2C:12,WC:15,TaC:6,Cr2C3:0.8,C:1配料,在1450℃,30MPa热压制得的试样晶粒细小,具有完整的芯-壳显微结构。其主要性能为:相对密度99.12%,维氏硬度22.74GPa,断裂韧性10.1MPa·m1/2,抗弯强度1192.83MPa。     

渗硼对Ti(C,N)基金属陶瓷抗热震性能的影响

采用粉末冶金法制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,并对其进行了固体渗硼。研究了渗硼后金属陶瓷的显微组织和力学性能以及渗硼对抗热震性能的影响。结果表明,Ti(C,N)基金属陶瓷的渗硼层由硼化物层、扩散层和基体区组成;渗硼使金属陶瓷的表面硬度提高,抗弯强度降低,使导致金属陶瓷热震残留强度急剧下降的临界热震温差降低约100℃;渗硼使Ti(C,N)基金属陶瓷热震后的残留强度降低,主要是分布不均和形状不规则的孔洞所致;当热震温差较小时,渗硼使金属陶瓷表面萌生热震裂纹的孕育期延长,从而推迟了主裂纹的形成;而热震温差较大时,经渗硼的金属陶瓷热震裂纹扩展较快,易形成龟裂。     

Ti（C，N）基金属陶瓷超微粉在不同液体介质中的分散性研究

对Ti(C，N)基金属陶瓷硬质相粉末TiC，TiN和WC的分散行为进行了研究。探讨了不同液体介质和不同表面活性剂对硬质相粉末分散的影响，结果表明：以蒸馏水作液体介质优于以无水乙醇作液体介质；对TiC，TiN粉末，选用聚氧乙烯十二烷基醚作为分散剂具有较好分散效果，而对WC粉末，聚乙二醇是较好的分散剂。     

高能球磨制备Ti(C,N)基金属陶瓷硬质相超微粉

对Ti(C,N)基金属陶瓷硬质相TiC、TiN、WC原料粉在不同球料比、不同球磨时间试验条件下进行高能球磨,探讨了TiC、TiN、WC粉体的高能球磨超细化机理和球磨行为特征。试验表明随球料比和球磨时间的增加,TiC、TiN、WC粉体得到细化,但达到一个极小值后细化趋于稳定。利用沉降法测试粉末粒度分布并在扫描电镜下观察粉末的形貌和粒度,发现在10∶1球料比下球磨96h后可以有效制备得颗粒粒度为0.20μm的金属陶瓷硬质相超微粉。     

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。     

NiTi短纤维对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

本文研究了添加直径为0.08mm、长度为2mm、添加量0～16wt%、等原子比的NiTi合金短纤维对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响,试样采用粉末冶金的方法制备,采用OM、XRD、SEM等对其进行分析。结果表明,压制成型时,随着NiTi短纤维加入量的增加,原料的流动性逐渐变差,导致压成的素坯的致密度降低;在烧结过程中,由于大部分Ni形成Ni-Co固溶体或被蒸发,因此大部分NiTi合金的原子比被破坏,烧结时液态的NiTi会填充试样内部的空隙,由于素坯的致密度较低,液相不能完全填充,导致在冷却后金属陶瓷中出现了许多孔洞,且随着NiTi合金短纤维加入量的增加,金属陶瓷的孔洞逐渐增加,其致密度和抗弯强度也随着下降。     

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。