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基于渗碳法制备梯度结构Ti(C,N)基金属陶瓷的研究

张一欣  
【摘要】: 本文用真空烧结法制备了力学性能适中的Ti(C,N)基金属陶瓷基体材料,并对材料进行双辉等离子渗碳和固体渗碳处理,在Ti(C,N)基金属陶瓷表层形成梯度结构。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、透射电镜(TEM)等实验手段系统地研究了Ti(C,N) 基金属陶瓷基体材料、梯度结构Ti(C,N)基金属陶瓷的制备工艺、组织结构和性能之间的关系。首先综述了Ti(C,N)基金属陶瓷发展概况和研究进展,总结了Ti(C,N)基金属陶瓷的成分和烧结技术对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响,然后对梯度结构硬质合金和金属陶瓷的研究概况进行了总结。在此基础上指出了本文研究的目的和意义。 研究了冷却方式、碳粉添加量和粘结相含量对Ti(C,N)基金属陶瓷的显微组织和性能的影响。结果表明:液相烧结后无保温台阶、随炉缓慢冷却,金属陶瓷综合力学性能较好;添加适量的碳粉,不仅改善金属粘结相Ni对硬质颗粒的润湿性,还可以降低Ti、Mo和W合金元素在金属粘结相中的固溶度。C添加量为1.0 wt.%时,可以获得较佳的微观组织和较高的力学性能;随着Ni含量的增加,金属陶瓷的组织细化均匀,金属陶瓷的硬度逐渐降低,而抗弯强度则逐渐增大。 研究了双辉等离子渗碳主要工艺参数和基体碳粉添加量对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织结构和性能的影响。结果表明:双辉等离子渗碳后材料表层贫粘结相,渗碳处理使试样表层硬度得到提高,对抗弯强度影响不大。在相同渗碳温度下,表层贫粘结相层的厚度随渗碳时间延长而增厚;当渗碳时间相同时,渗碳温度越高,形成的贫粘结相层越厚。表层贫粘结相层的生长受金属元素迁移控制,但其生长速率不遵循抛物线法则。在1200℃下渗碳180min,C添加量1.0wt.%的Ti(C,N)基金属陶瓷比C添加量0wt.%获得的贫粘结相层厚。贫粘结相层是由渗碳过程中表层高的碳活度驱使内部的Ti元素向外迁移与碳原子发生反应形成的。 研究了固体渗碳对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织结构以及力学性能的影响。结果表明,在1350℃下固体渗碳处理240min,金属陶瓷表面形成了约20μm的贫粘结相层,提高了金属陶瓷的表层硬度,但抗弯强度明显下降。


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