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【摘要】# l. }3 [+ k" }: W$ A4 p! L9 R
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。
1 A! u* r, N, F: U8 z$ L, d! c' f 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。2 ]. K7 q# i0 d* M, z7 L
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。
, U4 f" N5 V6 M( D 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。
( t# o6 Z8 m; A( \8 h/ {) J/ a6 d! u6 ]; T& t+ l- ]+ {
【关键词】TiCN基金属陶瓷，表面改性，压制性能，显微组织，性能
+ }9 j) A6 O( u x9 M2 l% y- r
- X, X* q, j5 ~! L/ g% o5 K
2 ~& v2 [; L$ v* V% Z$ _, `
$ N% T6 B) f, q/ u6 r# z1 Y
【目录】- o: W0 o* C- w- k6 n
第一章绪论1 q; u" g& |/ o/ g
1.1欢CN)基金属陶瓷工具材料发展概况1
$ E9 Z1 T5 b/ }. d1 j" h% O1.2Ti(CN)基金属陶瓷粉末成形剂的研究现状3
$ B. @- e7 @4 k, w0 @1.2.1橡胶类成形剂的研岁扭见伏3) S e z$ l) t% }$ c
1.2.2石蜡类成形齐呵防聊状64 A4 b# @- U3 C7 \
1.2.3水溶性聚…剖孵明滩剂的研究现状72 e' u" X% [6 Y1 [$ d( V. q0 M
1.2.4三大类成形齐姓能的卜嗽8. v3 ~9 V- G# L7 C7 ?
1.3超细金属陶瓷粉末成形研究概况及发展展望9# t9 r, u( Y: t c; l V
1.3.1金属陶瓷超细粉末成形和成形齐呵防恕况9% z% p1 T3 @& }6 t6 a4 R8 f
1.3.2超细五(q礴毓嘱陶瓷滕翩眺刹开发的展望10
& w/ ~9 d, A) w% l p4 `9 L1.4Ti(CN)基金属陶瓷研究现状11
9 M) l% i# }3 i. T& p0 l7 o1·4.l五(。刃基金属陶锹」备工艺12
# E) E2 Q: d+ \% }& C0 w1.4.2五(。哟基金属陶瓷组织结构特征13
' j$ d/ g6 Q. t# d e1.4.3五(O用基金属陶瓷的性能16
5 i. {4 _+ Z5 z4 f8 ?6 v# ?) |1.4.4添加齐州组纤环唯能的影响18. f, H" ^5 ^( f }
1.4.5表面梯度结构石归噢豁瞩陶瓷的研究19
5 S, ` J6 y9 w# u3 [1.4.6超细五(。礴务嘱陶瓷的研究现状20
' }9 E/ \) T% b2 ?9 j2 I( B1.4.7五C(N)基金属陶瓷产」州搜肠盼跋展方向22+ I6 `" f% M A1 q
1.5本文的研究目的与研究内容25& p: `1 v' [( P$ R# u
1.5.1本研究课题的来源25& M4 ^- D, r O$ q- u
1.5.2研究目崖环口意义26
: O# z$ P. S3 f6 S% W1.5.3主要研究内容27 f6 p- b+ U3 F4 D2 w: [
第二章试验材料和试验方法28- i/ O S$ F3 H+ y" k" n
2.1原料粉末和试验过程289 R3 C3 R! ~7 u& c
2.1.1原料粉末28- G- Y6 }/ f6 v
2.1.2金属陶瓷试样的韦咯29
2 |; q$ l, q3 z# m2.2参数测量及方法29
4 P4 ]9 R Y5 t p2.2.1成形剂主要成粥对卜光谱分析29
% U1 h( c4 T8 Z2.2.2成形剂热裂解特胜的测定29
4 Q, V: Q2 P' z* S/ H" d3 M2.2.3化学成分分析306 R- J, G7 \0 Z2 I% u, U) I
2.2.4料券绊占度的测定31
$ Y: ^$ ^( ]% z' I8 n7 |2.2.5超细粉末粒度的测定316 J6 I& y3 o! x' V' u, n
2.2.6石粉末抗氧化幽幼柳徒31& S! G" U3 o$ |9 g4 z- y$ S1 o
2.2.7粉末压市胜能的测定31
% n2 l" f% }; c( E2.2.8名物理和力学断瓢(定32
" g/ Z2 E' g8 }2 m" g% y2.2.9金属陶箫L隙度和习讹合碳的针瞅(定33$ [8 q6 x; W3 q' A
2.2.10粉末琅啸口组织结丰酬待征的观察34
, o" {; |* x) R x9 ?9 o2.2.11金属陶瓷的化学成分和相成分钡(定36
1 [4 n$ \- e; z- r9 v0 ?6 y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37
8 j/ X0 v, w: _# |) s3.1超细碳氮化钦和碳化钨粉末球磨效率的改进37) |) E) S0 ^$ x7 O0 T
3.1.1超细下(日哟和wC粉末的球磨试验378 a- ?" _* S, ~, e
3.1.2超细肠(日劝和wC粉体团聚和分散机理41
, ^/ K9 n9 T: ]9 S1 s3.1.3圈础绷粉末团聚的途径和方法42
- G+ q: D6 X8 I3.2TiC(N)和WC表面物理包覆改性的抗氧化性能43
; ?: w: T" A$ N' W0 Z3 h+ l3.2.1表面改胜川舒口改胜剂" @1 l% F1 \; D: T
3.2.2超细五归哟和wC表面改吐的抗氧化吐能45
& X! `8 G' |: T8 I$ v* M& x7 t& N. x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* _- Q4 l: p" l6 ^
4.1超细金属陶瓷粉末的表面改性47
. t6 c: }2 A2 N) h4 z! u" |5 e" h4.1.1超细斜霭陶瓷粉末成形幽47, z' p1 g+ N7 r6 u
4.1.2超细肠(。均和WC粉体在干菊士程中硬团聚形成机理51
0 g# c9 v8 R- ]/ I3 a/ r u# O" o4.1.3超细剑禹陶瓷粉末的表面改性511 [4 V5 M/ h2 V* K+ A, l
4.2改性超细金属陶瓷粉末的压制性能54
9 a% O8 F4 ?2 K# l5 k4.2.1改胜后超细金属陶瓷粉末的压玮胜能54
1 l! I4 x0 k' _. e$ s( J4.2.2表面改性超细五(O礴骚嘱陶瓷粉末到肠佣59) p1 i# s1 }0 d, x! ^+ R; e1 [
第五章Ti(C哟基金属陶瓷磁学性能的研究627 z- p( S$ Q/ h0 j
5.1Ti(CN)基金属陶瓷的磁学原理62' e: Z! \' k! D: I$ c( J
5.2真空烧结对Ti(CN)基金属陶瓷磁学性能的影响65" p* S' r; I# s
52.1真空烧结对石(口劝基金属陶瓷磁学陛能的影响65' K* |$ z' D6 o7 u9 [3 P
522粘结相的晶格潮断口磁性能的关系68
- z# p( Q! I* `3 @5.3气氛烧结对Ti(CN)基金属陶瓷磁学性能的影响73
# Z3 \! H2 e, h" J5.3.1烧结气称寸五(O哟基金属陶瓷合金成分的影响73
; ^# w' |, ]" B5 I# L5.3.2烧结气氛对欢。哟基金属陶瓷磁胜能的影响75
5 l% s; v; w+ f7 w( s5.3.3粘结相的晶格常数和磁陛能的关系78' b. F( o: d0 g+ U7 J
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/ J* `+ F% T M6 a/ G8 ]0 U
6.1烧结气氛对金属陶瓷合金成分的影响814 i) \7 @# {/ L! `" K
6.2烧结气氛对金属陶瓷组织结构的影响82
* P+ @4 a/ W1 K6.3烧结气氛对金属陶瓷相成分的影响89
5 ?. L# J6 i* m+ A" u6.4烧结气氛对金属陶瓷物理和力学性能的影响91
# Q9 R& S; N0 v1 A第七章成分对TiC(N)基金属陶瓷组织结构和性能的影响92, a1 t8 n' K. y( N! V! N0 d
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$ z- M& |4 E) Q' C
7.2Mo/(W+Mo)比对TiC(N)基金属陶瓷组织结构和性能的影响94
% ]! U' I, k [7.2.1wC和Mo加量对肠(卿)基金属陶瓷组织结构的秒向
3 a/ o# \# k8 B1 p; }) L1 \8 ^/ [ |7.2.2Mo娜介MO)卜时五(。哟基金属陶瓷组织结构和性能的影响98* ]$ o0 X+ G7 v0 Y6 j( P
7.3N/(C+N)比对Ti(NC)基金属陶瓷结构和性能的影响101
; l+ F# B# U2 P) c# o& ^0 g! ]! V. {7.4抑制剂加入对Ti(CN)基金属陶瓷组织和性能的影响105
7 v; o8 f' C9 H" F+ W( d* F7.4.1 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
1 h* e6 | ?; t2 P) L7.4.2 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/ p4 T3 w% @2 Z* o
7.5超细Ti(CN)基金属陶瓷刀具的使用性能109
8 C( \2 | p/ o B7.5.1超细五(q礴爵瞩陶瓷中试生产及合金胜能109
) B9 c0 v6 G7 M# n3 f/ c- X0 x7.5.2超细下归殡豁瞩陶瓷的切肖胜能110
& ~2 k0 `3 C, J6 W( y/ |第八章纳米Ti(CN)基金属陶瓷刀具材料的研究113
3 F* t' J( K1 q" Q) W- ?5 W8.1纳米Ti(CN)基金属陶瓷烧结过程中的收缩行为1136 ] J+ Q6 \) E0 C: {. K& v
8.2纳米Ti(NC)基金属陶瓷在烧结过程中的脱气反应1172 i E8 V, M8 S6 Z% i
8.3纳米Ti(C哟基金属陶瓷烧结过程中的相成分变化118
7 R' e6 [4 {' J6 J: b N8.4纳米Ti(C哟基金属陶瓷的组织结构演变125 h0 A( D/ T1 Y6 u9 t
8.5纳米TiC(N)基金属陶瓷的物理和力学性能129# m" ~5 U0 Q3 v+ z& f
第九章结论和展望132% e4 M P0 D' ]" K0 E$ d! n
9.1主要结论132! \; F' l) d+ I$ L
9.2问题和展望134! t/ ~! @- t% K8 F/ k! k
参考文’献1353 C: k, a& \/ Y/ C7 l
致谢153
) t7 n/ G! Y8 h- v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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