高強韌耐腐蝕Ti(C,N)基金屬陶瓷的研究.pdf

1、Ti(C，N)基金屬陶瓷具有較高的室溫硬度、高溫強度，良好的紅硬性、耐磨性以及化學穩(wěn)定性等特點，屬于一種新型工程復合材料。優(yōu)異的綜合力學性能和良好的耐腐蝕性能是Ti(C，N)基金屬陶瓷材料滿足不同服役環(huán)境的關鍵。
　　本研究以不同類型原料粉末，即單組元TiC、TiN與固溶體TiC0.7N0.3制備了TiC0.7N0.3-10WC-4Mo2C-3 TaC-2.4Cr3C2-10Ni-10Co與TIC-10TIN-10WC-4Mo2C

2、-3TaC-2.4Cr3C2-10Ni-10Co兩組金屬陶瓷。通過改變Mo2C含量制備了TiC0.7N0.3-10WC-8Mo2C-1.8Cr3C2-0.04La2O3-7.5Ni-7.5Co、TiC0.7N0.3-10WC-10Mo2C-1.8Cr3C2-0.04La2O3-7.5Ni-7.5Co以及TiC0.7N0.3-10WC-15Mo2C-1.8Cr3C2-0.04La2O3-7.5Ni-7.5Co三組金屬陶瓷?？疾旆治隽宋褰M金

3、屬陶瓷的微觀組織結構、力學性能、電化學腐蝕行為以及高溫氧化行為，初步探討了其電化學腐蝕機理與高溫氧化機理，主要結論如下:
　　1.五組不同成分的Ti(C，N)基金屬陶瓷其組織結構均由單一相成分的立方結構(Ti，M)(C0.7，N0.3)的硬質相和立方結構Co-Ni基固溶體粘結相組成，其中M為W、Mo、Cr等合金添加元素。但是，與單組元原料相比，以固溶體原料制備的金屬陶瓷其微觀組織結構均勻，硬質相晶粒相對細小、芯-環(huán)結構完整、環(huán)部厚

4、度適中，粘結相中Ti、Ta含量與固溶度較低，綜合力學性能顯著提高。此外，隨著Mo2C含量的增加，合金顯微組織細化，硬質相分布均勻，并且硬質相顆粒的棱角鈍化，綜合力學性能顯著提高。當Mo2C含量過高（15wt.％）時，環(huán)形相厚度進一步增加，合金力學性能下降。從反應燒結過程中粘結相“觸媒-聯(lián)動”效應與反應擴散有序度的角度對五組金屬陶瓷微觀組織結構與性能差異進行了解釋。
　　2.電化學實驗結果表明:五組金屬陶瓷在pH=7的Na2SO4溶

5、液中的耐腐蝕性能均最強，在pH=13的NaOH溶液中的耐腐蝕性能優(yōu)于其在pH=1的H2SO4溶液中的耐腐蝕性能。但是，相對以間隙相型單組元TiC、TiN為原料，以固溶體型TiC0.7N0.3為原料制備的金屬陶瓷在三種不同pH值的腐蝕溶液的icorr值和Rct值均有不同程度的降低和提高，腐蝕速率有所減小，耐腐蝕性能提高2倍以上。此外，隨著Mo2C添加量的增加，Ti(C，N)基金屬陶瓷的耐腐蝕性能降低。
　　3.電化學腐蝕機理為，在三

6、種腐蝕溶液中，由于粘結相與硬質相之間存在明顯的電位差，硬質相具有高的化學穩(wěn)定性，粘結相發(fā)生優(yōu)先腐蝕，硬質相裸露在合金表面，直接與腐蝕溶液接觸，進而導致硬質相被腐蝕。在酸性溶液中，粘結相產生活性溶解，腐蝕速率相對較大，而在堿性溶液中，粘結相的鈍態(tài)氧化產物(Ni(OH)2和Co(OH)2)不易溶解，與其他氧化產物一起附著于粘結相與硬質相的表層，阻礙腐蝕溶液與其接觸，可有效保護合金不被腐蝕。
　　4.高溫氧化實驗結果表明，五組金屬陶瓷表

7、面均形成連續(xù)致密的氧化膜，氧化膜表層不存在裂紋等缺陷，并且大部分晶粒達到納米級。此外，氧化后合金近表面區(qū)域表現出多層結構的特征，即由表及里分別為氧化表層、中間過渡層以及未發(fā)生反應的基體。但是，相比于以單組元TiC、TiN為原料，以TiC0.7N0.3固溶體為原料制備的金屬陶瓷在800℃下高溫抗氧化性能最強。此外，隨著Mo2C含量的增加，合金的高溫抗氧化性能逐漸降低。
　　5.Ti(C，N)基金屬陶瓷的氧化行為屬于“鈍性氧化”，其中