Ti(C,N)基金屬陶瓷的強韌化及梯度結構制備技術的研究.pdf

1、為了進一步提高Ti(C,N)基金屬陶瓷的使用性能，本文首先對Ti(C,N)基金屬陶瓷的強韌化技術和相關理論進行了研究。在此基礎上，研究了基于等離子滲碳制備梯度結構Ti(C,N)基金屬陶瓷的技術，探討了梯度結構金屬陶瓷滲碳過程中碳原子的擴散及相關機理。
　　首先對Ti(C,N)基金屬陶瓷的真空燒結工藝進行了系統(tǒng)地研究。結果表明：在粘結相為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。
　　研究了化學成分對Ti(C,N)基金屬陶瓷組織和性能的影響。實驗結果表明：隨著Ni加入量的增加，組織逐漸變得均勻，硬質顆粒逐漸球化，粘結相中 Ti、W、Mo等合金元素的含量逐漸降低。當用Co部分替代Ni時，可改變硬質顆粒芯部的大小和

3、Rim相的厚度。當Co/(Ni+Co)相對含量為0.2時，材料有較佳的抗彎強度。隨TaC加入量的增加，復雜的(Ti，Mo，W，Ta)(C，N)環(huán)形相優(yōu)先形核部位逐漸從 Ti(C,N)顆粒的表面轉移到了TaC顆粒的表面。當 TaC加入量為5wt.%時，晶粒細化、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度。
　　研究了碳納米管對金屬陶瓷組織和性能的影響。得到如下實驗結論：經過等離子體處理后，碳納米管表面和管束內的非晶碳

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

5、須之間的潤濕性差，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晶須的添加不會在金屬陶瓷中產生新相。當SiC晶須含量為1.0 wt.%時，材料的抗彎強度和斷裂韌性分別提高了約24%和29%。材料的增強是由晶粒細化、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、晶須橋聯(lián)和晶須拔出等機制共同作用的結果。
　　采用等離子滲碳技術制備了梯度結構Ti(C,N)基金屬陶瓷。隨滲碳溫度的升高，原子的擴散系數(shù)增加，元

6、素的擴散速度加快，導致貧粘結相層厚度的增加。隨滲碳時間的增加，表面粘結相含量的降低且由表及里晶體缺陷逐漸減少，使貧粘結相層生長速度不遵循拋物線規(guī)律。當Ti(C,N)基金屬陶瓷在1200℃下滲碳180min時，材料表層形成了約20μm的富C和Ti的貧粘結相層，表面層晶粒有所細化，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。
　　研究了梯度結構Ti(C,N)基金屬陶瓷滲碳過程中碳原子的擴散和相關