高性能超细金属陶瓷刀具材料研究分析.doc

Ti(C , N) 基金属陶瓷的主要成分是 Ti(C , N) ,通常以 Co —— Ni 作为粘结剂, 以 WC 、 Mo2C 、 VC 、 ZrC 、 Cr3C2 、 HfC 和 AIN 等硬质相作为增强相,形成(Ti 、 V、 W、 Nb 、 Zr)(C , N) 固溶相,以固溶强化机制强化硬质相。 Ti(C , N) 基金属陶瓷的化学成分一般为( 质量分数):-(C , N), - , --Ni , - 其他碳化物。 TiC 和 TiN 作为构成 Ti(C , N) 的基础, 都属于面心立方点阵的***化钠型晶体结构, 并可按照休莫-罗塞里(Hume-Rothery) 法则形成连续固溶体。 TiN 的晶格常数比 TiC 稍小,因此, Ti(C 1-x, N x) 固溶体的晶格常数随氮含量 x 的增加而线性减小,通过计算可得出两者之间存在以下关系:a(A)=- 。在制备 Ti(C , N) 基金属陶瓷时,既可直接选用 TiN 与 TiC 作为原料混合加入,也可以 Ti(C , N)固溶体或(W , Ti)(C , N) 等复合固溶体的方式加入。 TiN 的制备 或 TiH 2的直接氮化时 Ti十 N 2—— TiN TiH 2 +N 2—— TiN 十 H ***化钛气相反应氮化 TiC1 4 +N 2 (NH 3)—— TiN+N2+HCI 2的碳热还原氮化 Ti0 2 +N 2 +C —— TiN+CO Ti(C,N) 的制备 TiC+TiN —— Ti(C , N) (l700 ℃ x2h ,氮气中) Ti+TIC+N 2—— Ti(C , N) (1700 ℃ X2h) TiO2+C+N2( 气流)—— Ti(C , N) (600 ℃—— 900 ℃) ***化钛-***(或***)络合物的热分解 TiC1 4 +H 2 NCH 2 CH 2 NH 2 +CC1 4——络合物—— Ti(C , N)+C 800 ℃一 1400 ℃下由甲***-氩混合气体的碳氮化 (SHS) 该工艺采用 Ti粉、炭黑和稀释剂为原料,经预处理、混合配料、压型、 SH S 合成、筛分破碎制取 Ti(C , N) 粉末。与普通的碳氮化工艺相比,该工艺具有生产效率高、能耗小、工艺简单等优点。(W , Ti)(C , N) 复合固溶体的制备 3、 TiO 2和碳黑混合物高温氮化 WO 3 +TiO 2 +C+N 2——(W , Ti)(C , N)+CO 、 TiN 和 TiC 混合后在 N 2中高温处理 WC+TiN+TiC+N 2——(W , Ti)(C , N) c.(W , Ti)C 和 TIN 在 N2 中高温处理(W , Ti)C+TiN+N 2——(W , Ti)(C , N) Ti(C , N) 基金属陶瓷的显微组织通常由粘结相、硬质相和包覆相(Surrounding-structure) 组成, 而硬质相和包覆相又构成典型的芯/环(Core/Rim) 结构,环可分为内环和外环,外环常富集更重的元素。金属陶瓷典型的粘结相占体积分数为 10Vol% ,碳化物晶粒尺寸多 1-3 μm。芯通常由纯 TiC 或 Ti(C , N) 组成,认为是未溶解原料的残留物。也有认为是烧结期间形成的。它保持了由于湿磨的颗粒表面锯齿形貌,一直到 1450 ℃时也没有被溶解或改变, Ti(C , N)基金属陶瓷中的 Ti(C , N)芯在烧结时没有长大。环通常认为是液相烧结时由溶解一析出过程产生,并生长在芯上面晶粒长大的驱动力是晶界能的减小。质量从小颗粒向大颗粒转移,由 Ostwald ripening 过程决定。一些学者研究认为晶粒长大由聚结机理决定,另外的学者认为是由于扩散控制的溶解一析出控制,还有的研究认为是由于反应控制的溶解一析出机理决定。也有结论认为,邻近的碳化物晶界阻止了合金中总体晶粒的生长,这种生长被 TIC中添加的 Mo 2C阻碍,其机理解释为 TiC中粒子晶界流动性被溶解物阻碍。在许多金属陶瓷中, 环可以分成内环和外环。内环完全或部分包围芯。内环可能形成于固态烧结阶段,达到共晶温度、形成熔融态之前。例如,已经证明 Mo 2C 在低于共晶温度时完全溶解并与 TiC 形成混合碳化物。 Ta以 WC 和部分 TiN 在固态烧结阶段,也溶解于 TiC 和粘结相中。在固态烧结阶段,由子钻和镍的存在促进界面间扩散和表面扩散而产生致密化现象。粘结相是烧结过程中形成的液相残留物,主要由 Co 和/或