Ti(C,N)基金屬陶瓷的強(qiáng)韌化及梯度結(jié)構(gòu)制備技術(shù)的研究.pdf

1、為了進(jìn)一步提高Ti(C,N)基金屬陶瓷的使用性能，本文首先對(duì)Ti(C,N)基金屬陶瓷的強(qiáng)韌化技術(shù)和相關(guān)理論進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上，研究了基于等離子滲碳制備梯度結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的技術(shù)，探討了梯度結(jié)構(gòu)金屬陶瓷滲碳過程中碳原子的擴(kuò)散及相關(guān)機(jī)理。
　　首先對(duì)Ti(C,N)基金屬陶瓷的真空燒結(jié)工藝進(jìn)行了系統(tǒng)地研究。結(jié)果表明：在粘結(jié)相為23wt.％Ni的Ti(C,N)-Ni基金屬陶瓷中，試樣在1450℃下保溫60min后，環(huán)形相包

2、覆完整且厚度適中，組織分布均勻，從而有較佳的機(jī)械性能。而用4.6wt.%Co部分替代Ni的Ti(C,N)-Ni-Co基金屬陶瓷，試樣在1410℃下保溫60min后，材料就可獲得較佳的顯微組織和性能。
　　研究了化學(xué)成分對(duì)Ti(C,N)基金屬陶瓷組織和性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著Ni加入量的增加，組織逐漸變得均勻，硬質(zhì)顆粒逐漸球化，粘結(jié)相中 Ti、W、Mo等合金元素的含量逐漸降低。當(dāng)用Co部分替代Ni時(shí)，可改變硬質(zhì)顆粒芯部的大小和

3、Rim相的厚度。當(dāng)Co/(Ni+Co)相對(duì)含量為0.2時(shí)，材料有較佳的抗彎強(qiáng)度。隨TaC加入量的增加，復(fù)雜的(Ti，Mo，W，Ta)(C，N)環(huán)形相優(yōu)先形核部位逐漸從 Ti(C,N)顆粒的表面轉(zhuǎn)移到了TaC顆粒的表面。當(dāng) TaC加入量為5wt.%時(shí)，晶粒細(xì)化、顯微組織分布均勻且Rim相厚度適中，材料獲得較高的抗彎強(qiáng)度。
　　研究了碳納米管對(duì)金屬陶瓷組織和性能的影響。得到如下實(shí)驗(yàn)結(jié)論：經(jīng)過等離子體處理后，碳納米管表面和管束內(nèi)的非晶碳

4、和雜質(zhì)大部分被剝離掉，并在碳納米管表面引入了大量的活性基團(tuán)，從而使分散性明顯提高。隨著碳納米管的增加，粘結(jié)相中溶解的Ti、W和Mo合金元素含量減少。過多碳納米管的添加會(huì)出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象。當(dāng)碳納米管含量為0.5wt.%時(shí)，晶粒細(xì)化、組織分布均勻且粘結(jié)相的體積分?jǐn)?shù)較高，獲得較佳的綜合機(jī)械性能。碳納米管的增韌主要是由裂紋偏轉(zhuǎn)、橋聯(lián)和拔出等機(jī)制共同作用的結(jié)果。
　　研究了SiC晶須對(duì)金屬陶瓷組織和性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：由于粘結(jié)相與SiC晶

5、須之間的潤(rùn)濕性差，隨SiC晶須添加量的增加，金屬陶瓷材料的孔隙率逐漸增加。SiC晶須的添加不會(huì)在金屬陶瓷中產(chǎn)生新相。當(dāng)SiC晶須含量為1.0 wt.%時(shí)，材料的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性分別提高了約24%和29%。材料的增強(qiáng)是由晶粒細(xì)化、Rim相厚度適中和組織分布均勻所致，材料的增韌是由裂紋偏轉(zhuǎn)、晶須橋聯(lián)和晶須拔出等機(jī)制共同作用的結(jié)果。
　　采用等離子滲碳技術(shù)制備了梯度結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷。隨滲碳溫度的升高，原子的擴(kuò)散系數(shù)增加，元

6、素的擴(kuò)散速度加快，導(dǎo)致貧粘結(jié)相層厚度的增加。隨滲碳時(shí)間的增加，表面粘結(jié)相含量的降低且由表及里晶體缺陷逐漸減少，使貧粘結(jié)相層生長(zhǎng)速度不遵循拋物線規(guī)律。當(dāng)Ti(C,N)基金屬陶瓷在1200℃下滲碳180min時(shí)，材料表層形成了約20μm的富C和Ti的貧粘結(jié)相層，表面層晶粒有所細(xì)化，而在距表層約20?m～35?m的近表層富Ni。材料的表面硬度和耐磨性得到較大的提高。
　　研究了梯度結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷滲碳過程中碳原子的擴(kuò)散和相關(guān)