Ti（C，N）基金属陶瓷功能梯度材料制备的研究

【摘要】：Ti(C,N)基金属陶瓷刀具由于具有一系列优良的性能而得到广泛的应用。本文首先对Ti(C,N)基金属陶瓷的发展概史、特点及应用现状、涂层金属陶瓷刀具的特点及其应用现状进行了系统的回顾、总结和展望; 介绍了功能梯度材料的概念及其应用; 综述了几种制备功能梯度材料的试验方法。 按照10%TiN-36.2%TiC-32%Ni-13%Mo-7.0%WC 成份,采用1405℃,1415℃,1425℃,1435℃进行烧结,发现1415℃为最佳烧结温度。在此温度下烧结的金属陶瓷的抗弯强度值最高,为1850Mpa。同时在此温度下烧结的试样比重最大,说明该烧结温度烧结的试样最致密。真空烧结的金属陶瓷试样的断口呈脆性断裂,粗大的硬质相和材料内部的孔洞是引起断裂的断裂源。对真空烧结的试样做了线分析和面分析,线分析的结果表明:由表面到心部, Ti , W ,C , N 等主要元素的分布没有明显的梯度,基本上保持为常量。面分析的结果与线分析的结果相吻合,说明材料比较均匀。 采用热等静压技术制备Ti(C,N)基金属陶瓷功能梯度材料。利用光学显微镜、扫描电镜、电子探针等对处理后的试样的孔隙率、微观组织、断口形貌等进行了观察,并对处理前后材料的性能进行了对比; 结果发现:热等静压的高温高压作用在表面形成了一层金黄色的薄膜,大约4μm厚,XRD分析发现其物相为TiN. 热等静压处理使表面硬度大幅度提高,并且从表面到心部形成了硬度梯度。孔洞的消除或闭合以及微裂纹的减少使材料的比重有所增加,同时晶粒的细化使金属陶瓷材料的韧性得到明显的提高,这对于提高陶瓷刀具的寿命具有非常重要的意义。从热力学角度和孔隙度角度分析了其形成原因,发现表面区域N 的高活度梯度是促使各合金元素迁移, 形成氮化表面层特征组织的最终驱动力。高温高压氮化处理有利于硬质合金材料孔隙度降低,从而使材料更加致密化。 采用多弧离子镀技术制备了Ti(C,N)基金属陶瓷功能梯度材料。利用光学显微镜、扫描电镜、电子探针等对处理后的试样的孔隙率、微观组织、断口形貌等进行了观察,并对处理前后材料的性能进行了对比。结果发现:多弧离子镀处理后的试样表面呈金