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【摘要】
* _( z, n# r2 Z 本文首次对超细Ti(CN)和wC粉末表面特性、球磨破碎效率、表面改性、粉末成形性能及成形剂进行了系统的研究。通过添加不同的表面活性剂，可以降低超细TiC(N)和wc粉末球磨料浆的粘度，提高了TiC(N)和WC粉末的球磨效率。TiC(N)基金属陶瓷混合料通过复配添加表面活性剂和改性剂，在超细Ti(CN)和WC一Co粉末表面改性，粉末表面钝化，提高了它们的抗氧化性能和压制性能，可以压制复杂形状的可转位金属陶瓷刀片。申请了两项成形剂专利，新成形剂适用于手工掺胶工艺又适用于喷雾干燥工艺。
! c8 u4 o- b2 N4 E% u 本文首次系统研究了超细Ti(CN)基金属陶瓷的化学成分、烧结气氛、显微组织、合金的物理、力学性能与其磁性能的关系。TiC(N)基金属陶瓷压坯经过在Ai气氛、真空、NZ气氛等三种不同的气氛中烧结后，相应合金的碳、氮、氧总量依次增加，钻磁(饱和磁化强度)依次增大，粘结金属的晶格常数依次变小。Ar气氛和NZ气氛烧结造成金属陶瓷合金的表层显微组织不均匀，从气氛烧结影响更大，其合金的氮含量增加0.5%左右，其矫顽磁力出现异常。Ti(CN)基金属陶瓷在真空中烧结后，显微组织比较均匀，其合金的性能最好;钻磁和矫顽磁力具有很强的正相关性。钻磁可以作为表征Ti(CN)基金属陶瓷合金中碳、氮和氧总量变化的判据，矫顽磁力可以作为组织结构均匀性的判据。
9 Q3 ^3 j2 ]$ E0 h9 f$ J 本文首次系统研究了纳米TiC(N)基金属陶瓷压坯在真空烧结过程中收缩系数的变化、环形结构的演变、化学成分、相成分和晶格常数的变化。研究中发现TaC和MoZC在1Z00C0消失，wC在1ZsoCo消失;氧和碳的含量在1100~1300℃之间急剧地下降;在1300℃时形成氮分解峰。纳米Ti(CN)基金属陶瓷比微米金属陶瓷的烧结温度低50℃一100℃，一般真空烧结不能完全使纳米TiC(N)基金属陶瓷合金完全致密，必须经过压力烧结。纳米TiC(N)基金属陶瓷表现出与微米金属陶瓷不一样的组织结构，绝大多数是白芯黑环、非常均匀的球形晶粒;获得了断裂韧性比微米金属陶瓷高50%的致密纳米金属陶瓷。纳米粉末原料有益于Ti(CN)基金属陶瓷显微组织中的环形结构和合金性能的设计。
' o" a z6 Z: f& a# b6 |# n 超细Ti(CN)基金属陶瓷中，Co/(Co+Ni)比在0.7一0.8、W/(w+Mo)比在0.65左右、N/(N+C)比在.035一0.45时可以获得比较好的综合性能。微量抑制剂vC、C巧C:和TIB:加入，可以显著增加Ti(CN)基金属陶瓷合金的硬度，并且获得比较好的综合性能。研制出了高性能、组织均匀的超细Ti(CN)基金属陶瓷刀具材料。获得了一个车削牌号和一个铣削牌号，其性能已达到世界同类产品的先进水平，并初步进行了产业化生产。# I2 g% p) ~: v! Y7 A! |. q$ {; _$ m
) t- b" [, d% G- X, j& q! I$ T% K【关键词】TiCN基金属陶瓷，表面改性，压制性能，显微组织，性能
" W8 e, Z! @/ @3 M* @& ?8 q& P' S
, v9 O* |1 ?, S$ |
, P* q5 R: Q! L# ?; e
【目录】, y0 F' I: G1 J$ c! C" W
第一章绪论1
/ @4 N: T: e Z- y/ i1 ?, F8 N% ~1.1欢CN)基金属陶瓷工具材料发展概况1+ T- B3 m7 g& y8 F0 u2 e
1.2Ti(CN)基金属陶瓷粉末成形剂的研究现状3 n4 F+ [ [; K4 T* A
1.2.1橡胶类成形剂的研岁扭见伏3
' R& F& G( J6 ?. ?1.2.2石蜡类成形齐呵防聊状6
, R+ J4 I N. c1.2.3水溶性聚…剖孵明滩剂的研究现状7: ~, v @ p4 k/ J
1.2.4三大类成形齐姓能的卜嗽84 m) g3 c" ~& U+ B1 T# Z
1.3超细金属陶瓷粉末成形研究概况及发展展望9: E9 z' z5 q8 @9 R
1.3.1金属陶瓷超细粉末成形和成形齐呵防恕况9
0 U6 ~, h4 E0 {% S1.3.2超细五(q礴毓嘱陶瓷滕翩眺刹开发的展望106 I, a- V6 h: G; N5 l- e
1.4Ti(CN)基金属陶瓷研究现状11
* v. `' d1 t- F; ~/ Z1·4.l五(。刃基金属陶锹」备工艺12
; t& m% D1 Z/ ~0 s* |7 H' ?2 L1.4.2五(。哟基金属陶瓷组织结构特征13
/ g* G- P# B6 B4 _# x1.4.3五(O用基金属陶瓷的性能16
( H v: i) H; s( Z1.4.4添加齐州组纤环唯能的影响18. ?& \6 ?. X( z% _ Y w1 W. z" W( Q U
1.4.5表面梯度结构石归噢豁瞩陶瓷的研究197 D8 }4 `) t: S% o$ ~( Y0 o
1.4.6超细五(。礴务嘱陶瓷的研究现状200 {! s6 Y$ A6 A3 O
1.4.7五C(N)基金属陶瓷产」州搜肠盼跋展方向22) W; T6 L& m* [7 r" C
1.5本文的研究目的与研究内容25
9 [) a8 F/ e/ I) `1.5.1本研究课题的来源25
/ S& U! B2 H9 M5 j% _1.5.2研究目崖环口意义26
3 }9 p0 q, _* V7 F+ [0 q$ Z2 p# l2 \1.5.3主要研究内容27
) U9 L# G$ b% u/ M8 B5 o第二章试验材料和试验方法28
/ m3 ?$ E( T, r8 ?* f" I/ y2.1原料粉末和试验过程28
( p# A) w6 o" v$ {2.1.1原料粉末28+ F8 d3 y# P3 I; }5 s
2.1.2金属陶瓷试样的韦咯29
9 x* Z- J9 U3 u z. j0 E2.2参数测量及方法29- p1 l6 f) T5 y9 d% ]$ c% w
2.2.1成形剂主要成粥对卜光谱分析297 F, g, x. M* F& F
2.2.2成形剂热裂解特胜的测定29/ w7 ^0 g2 n5 P+ P; K
2.2.3化学成分分析30
6 f9 i. F- g) w! n0 Y+ w3 U2.2.4料券绊占度的测定31
* r9 t( D" O+ _- D2 N2.2.5超细粉末粒度的测定317 h; n1 P2 @, k2 r
2.2.6石粉末抗氧化幽幼柳徒31: n1 G4 i" X5 _+ _2 k
2.2.7粉末压市胜能的测定31
) \2 t5 J5 O l7 W7 `6 {2.2.8名物理和力学断瓢(定32
! v9 k5 f+ d& F( E' ?, M) B; t3 z2.2.9金属陶箫L隙度和习讹合碳的针瞅(定33
# q; ^- E: I( _2.2.10粉末琅啸口组织结丰酬待征的观察34
. Q' x$ E3 |/ Y' {3 R( N2.2.11金属陶瓷的化学成分和相成分钡(定36
' B5 L$ p ~, b: ~: f( C第三章超细碳氮化钦和碳化钨粉末的球磨效率及表面改性377 Q& b3 q! S& d8 m& P/ h" T+ e
3.1超细碳氮化钦和碳化钨粉末球磨效率的改进37
% \; Q5 \$ \. ^3.1.1超细下(日哟和wC粉末的球磨试验37+ V* l; P0 ~7 O P
3.1.2超细肠(日劝和wC粉体团聚和分散机理41
" E2 h, H2 M9 }/ q" B3.1.3圈础绷粉末团聚的途径和方法425 k- C ^- P9 O: d' E' W; m+ I
3.2TiC(N)和WC表面物理包覆改性的抗氧化性能43% R1 {# q1 k5 I% T
3.2.1表面改胜川舒口改胜剂
4 Y# I& z8 [8 {1 B8 I0 J0 b o G3.2.2超细五归哟和wC表面改吐的抗氧化吐能45 R. ~8 a, E7 W0 T
第四章超细金属陶瓷粉末的成形性能和改性剂的热裂解特性47- N! K$ i3 l6 r
4.1超细金属陶瓷粉末的表面改性47
% Z$ d9 U! t. \, C4.1.1超细斜霭陶瓷粉末成形幽47
/ Q" {1 s6 C- O+ G4.1.2超细肠(。均和WC粉体在干菊士程中硬团聚形成机理51& u# B# a: ~) J& U+ S
4.1.3超细剑禹陶瓷粉末的表面改性51
& G/ X e9 W3 n: X8 v6 M4.2改性超细金属陶瓷粉末的压制性能54# O) ~# `1 u$ K
4.2.1改胜后超细金属陶瓷粉末的压玮胜能544 M: n' g3 O, O
4.2.2表面改性超细五(O礴骚嘱陶瓷粉末到肠佣59
& e4 @+ A6 c; Y8 M" |: S( `5 X; q第五章Ti(C哟基金属陶瓷磁学性能的研究62
1 Y& n# l" c# y+ b5.1Ti(CN)基金属陶瓷的磁学原理62
' y9 |; u J! J# D5.2真空烧结对Ti(CN)基金属陶瓷磁学性能的影响65& w9 ^) k" P8 _" m; z. }
52.1真空烧结对石(口劝基金属陶瓷磁学陛能的影响65$ J7 A/ \, e i
522粘结相的晶格潮断口磁性能的关系68
2 s8 \" w8 q3 r" H5.3气氛烧结对Ti(CN)基金属陶瓷磁学性能的影响737 s) x2 }4 N, z3 m$ z# Z( Q* x# N
5.3.1烧结气称寸五(O哟基金属陶瓷合金成分的影响73! c7 X/ X& m1 b
5.3.2烧结气氛对欢。哟基金属陶瓷磁胜能的影响75
3 e: k% o, F2 v5.3.3粘结相的晶格常数和磁陛能的关系78
: A6 ~- h1 |8 m+ u2 `% e第六章烧结气氛对Ti(cN)基金属陶瓷组织结构和性能的影响81' a2 b' e/ J+ g. f
6.1烧结气氛对金属陶瓷合金成分的影响81% V' v3 [: C( C/ X' C5 p
6.2烧结气氛对金属陶瓷组织结构的影响822 I5 [* |* e' D) |6 A" `9 _
6.3烧结气氛对金属陶瓷相成分的影响89
9 f* M- l3 T, j T; e6.4烧结气氛对金属陶瓷物理和力学性能的影响91
9 b% V0 S1 D+ x6 t( [第七章成分对TiC(N)基金属陶瓷组织结构和性能的影响92' X% y6 m) b( d+ }: k, U6 L' R a
7.1Co/(Co+N)i比对TiC(N)基金属陶瓷组织结构和性能的影响92; o/ G* b: @( N3 s, v3 M2 z; Y
7.2Mo/(W+Mo)比对TiC(N)基金属陶瓷组织结构和性能的影响94
4 j- v& S6 x/ ?7.2.1wC和Mo加量对肠(卿)基金属陶瓷组织结构的秒向
# W% O3 q1 g6 c: F7.2.2Mo娜介MO)卜时五(。哟基金属陶瓷组织结构和性能的影响98/ a$ a" `, v! q* b4 [
7.3N/(C+N)比对Ti(NC)基金属陶瓷结构和性能的影响101
5 h0 G2 {/ ~, r4 r8 S7.4抑制剂加入对Ti(CN)基金属陶瓷组织和性能的影响105
" z! z- l) b: t. ?$ \7.4.1 VC和C功C2拗口月寸五(O嘴毓嘱陶瓷组织结构和性能的影响105
; _: H, x) ] V, Q( _7.4.2 TIBZ拗口外汉寸肠归催甜瞩陶瓷组织结构和性能的景训句107
% h% \4 _) U- p% Q8 z7.5超细Ti(CN)基金属陶瓷刀具的使用性能109
6 k9 s& F, J+ E1 h4 X7.5.1超细五(q礴爵瞩陶瓷中试生产及合金胜能109
& L5 ~1 b- R" V7.5.2超细下归殡豁瞩陶瓷的切肖胜能110
& d$ E6 d7 G- A: B, F第八章纳米Ti(CN)基金属陶瓷刀具材料的研究113% T0 z$ U$ J2 M$ S
8.1纳米Ti(CN)基金属陶瓷烧结过程中的收缩行为113
S- P9 G, w0 Z/ Z6 E: Y0 F8.2纳米Ti(NC)基金属陶瓷在烧结过程中的脱气反应117
* D, _3 X& w v1 o8.3纳米Ti(C哟基金属陶瓷烧结过程中的相成分变化118
8 e1 |! Y% v) G8.4纳米Ti(C哟基金属陶瓷的组织结构演变125
2 {+ X" b. `$ [' Z% P+ `8 g* |1 `, H8.5纳米TiC(N)基金属陶瓷的物理和力学性能129 n2 w+ k0 l' F
第九章结论和展望132$ C: J% d% l! a9 V2 Y D& w, y
9.1主要结论132
- j c% i9 `: U, E: ~+ x9.2问题和展望134, X$ ^5 G" G- l/ X; b- a
参考文’献135
5 |/ ^( Y: d! x$ p; y5 N, F# |致谢153
" n& _ |& ?2 o5 O攻读博士学位期间科研项目和成果154 |
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发表于 2008-6-13 21:35:24
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