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【摘要】
$ G |9 l2 l) @, ]4 l+ 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。
8 `& c' K' _ H4 r6 q 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。
6 O% B" w$ S9 B# j* _, G 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。: l% e2 h" M' Z( `& S# m6 S
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。
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3 T8 N) g/ g' b) P, M【关键词】TiCN基金属陶瓷，表面改性，压制性能，显微组织，性能6 _& a: k/ }0 C# F
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% z& W( c! s: M( D' G, z2 ^1 F" ]3 r
【目录】. O! V" i* W5 S0 Z% B5 A
第一章绪论1
) O) Z1 B# B9 z- o1 [( Q$ _1.1欢CN)基金属陶瓷工具材料发展概况1
9 ?# T4 {! b# w4 J. [6 t1.2Ti(CN)基金属陶瓷粉末成形剂的研究现状3) f% K. o; S/ |* O5 v
1.2.1橡胶类成形剂的研岁扭见伏33 u/ W0 P, I v$ B: h3 T
1.2.2石蜡类成形齐呵防聊状6
$ ]5 U# a: l1 D8 X& g# Z1.2.3水溶性聚…剖孵明滩剂的研究现状7
* l, i) O3 z1 X$ i2 j2 n; M) l9 z1.2.4三大类成形齐姓能的卜嗽8+ ^- J' w5 | Y' |# J% j' ]
1.3超细金属陶瓷粉末成形研究概况及发展展望9
% h! @- C4 n( T1.3.1金属陶瓷超细粉末成形和成形齐呵防恕况9: R4 r+ g7 x6 {$ r* p
1.3.2超细五(q礴毓嘱陶瓷滕翩眺刹开发的展望10
9 }: w# n e9 H* s+ ]4 o; X* H1.4Ti(CN)基金属陶瓷研究现状116 {* X* m* M7 l
1·4.l五(。刃基金属陶锹」备工艺12
3 b, t, \& [: |4 \8 h6 T" C2 |1.4.2五(。哟基金属陶瓷组织结构特征132 E+ E+ b$ g. k' {) X5 }
1.4.3五(O用基金属陶瓷的性能16
: M: w1 f0 \% C% g1.4.4添加齐州组纤环唯能的影响18/ C! v1 `* M2 V K
1.4.5表面梯度结构石归噢豁瞩陶瓷的研究19
# U$ ?" [% U. e3 T6 d4 ^8 |1.4.6超细五(。礴务嘱陶瓷的研究现状203 w" z5 A" E9 G6 j3 A
1.4.7五C(N)基金属陶瓷产」州搜肠盼跋展方向22
2 ~: b L2 a7 p, S% M: i1.5本文的研究目的与研究内容25& l# |# O* ]" w; @
1.5.1本研究课题的来源25& U( P! \2 E- n& j) {
1.5.2研究目崖环口意义26( i7 `/ l7 L3 |8 B0 H
1.5.3主要研究内容27. |1 }' L; A$ Y( J0 E8 k @! ]8 C
第二章试验材料和试验方法28
. I$ m7 D6 r. @2.1原料粉末和试验过程28
) Q8 N* e2 J0 b5 k2.1.1原料粉末28# J$ s+ b6 s, H: |1 R# s# A
2.1.2金属陶瓷试样的韦咯29
5 \3 D" Y0 y. S2 c2.2参数测量及方法29- Y2 S. ?+ }7 ]- n+ {8 K/ y! S5 q
2.2.1成形剂主要成粥对卜光谱分析29. c6 Q: p8 z @4 E3 n4 \
2.2.2成形剂热裂解特胜的测定297 I4 [0 z$ `. N s! K
2.2.3化学成分分析30
7 n' `9 _( E. |. U2.2.4料券绊占度的测定317 {1 u Z. ~) P( D7 I. }, T/ |
2.2.5超细粉末粒度的测定31# ]- \: V8 Z7 T
2.2.6石粉末抗氧化幽幼柳徒31
- B! z" N- D4 C: O6 \) x8 h ^2.2.7粉末压市胜能的测定31
. V. j* P* {' ^4 j; H& z2.2.8名物理和力学断瓢(定32
5 A8 k5 J+ Q. M _( G2.2.9金属陶箫L隙度和习讹合碳的针瞅(定33, w1 G2 e* r: D/ q& X* b/ q
2.2.10粉末琅啸口组织结丰酬待征的观察340 v" }4 T0 {3 f
2.2.11金属陶瓷的化学成分和相成分钡(定36
4 G7 g/ R( F" G" z9 I' }5 d. a0 w; _( T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374 y& h5 R2 F: _
3.1超细碳氮化钦和碳化钨粉末球磨效率的改进376 ?" Y- V$ f6 H% p4 u
3.1.1超细下(日哟和wC粉末的球磨试验37
6 H& t: c$ j% w0 p3.1.2超细肠(日劝和wC粉体团聚和分散机理41
* z( W9 ?3 \9 y7 s3.1.3圈础绷粉末团聚的途径和方法42
, N: U2 I" B' C( G0 Q5 A3.2TiC(N)和WC表面物理包覆改性的抗氧化性能43
* v8 N) t$ I* U. W7 ]3.2.1表面改胜川舒口改胜剂
- x/ s( }9 h9 j# ~3.2.2超细五归哟和wC表面改吐的抗氧化吐能45
3 j+ K( G1 M# B6 ?: Z" U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
, |: z+ s' v6 w: {; ~4.1超细金属陶瓷粉末的表面改性47+ P$ C' p3 }) Z1 v7 v- v
4.1.1超细斜霭陶瓷粉末成形幽47
8 A0 W+ v4 u% W! F0 z4.1.2超细肠(。均和WC粉体在干菊士程中硬团聚形成机理51$ o- t' G, J$ i9 r
4.1.3超细剑禹陶瓷粉末的表面改性516 D- i2 C2 I {/ x- D& P
4.2改性超细金属陶瓷粉末的压制性能54* |5 p+ Q$ o, s: g- E
4.2.1改胜后超细金属陶瓷粉末的压玮胜能54 e: m7 f7 T* \) E2 w' t7 N
4.2.2表面改性超细五(O礴骚嘱陶瓷粉末到肠佣59$ A0 _& e' I" E! z/ G( U; G
第五章Ti(C哟基金属陶瓷磁学性能的研究625 k: N" l0 t/ A! W" T
5.1Ti(CN)基金属陶瓷的磁学原理62# J. g7 z4 Z8 ?6 L4 t4 B! _
5.2真空烧结对Ti(CN)基金属陶瓷磁学性能的影响65
8 ~6 z1 R, X. v1 t6 V& j: Z- f52.1真空烧结对石(口劝基金属陶瓷磁学陛能的影响65
: n1 z5 W: W# @$ y( u( \522粘结相的晶格潮断口磁性能的关系68
6 \% c1 u# g; t1 i% ?. T( E5.3气氛烧结对Ti(CN)基金属陶瓷磁学性能的影响73
: R% @ l* a( R5.3.1烧结气称寸五(O哟基金属陶瓷合金成分的影响73 H+ g5 L- h" I+ B* ^: ~. ]
5.3.2烧结气氛对欢。哟基金属陶瓷磁胜能的影响75) D5 K }/ H# a7 t) \5 w
5.3.3粘结相的晶格常数和磁陛能的关系783 T: \* T0 C' y4 u% 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813 h6 O% f r. s3 {- o$ G7 |1 z
6.1烧结气氛对金属陶瓷合金成分的影响81, Y* [+ t. d }" K: ^' l
6.2烧结气氛对金属陶瓷组织结构的影响82- o+ I. S4 l6 q) e' [, N
6.3烧结气氛对金属陶瓷相成分的影响894 a" z0 f6 s3 w- v7 U: M
6.4烧结气氛对金属陶瓷物理和力学性能的影响91* k/ ~% _. }- Q6 k$ [- f; _- e. n
第七章成分对TiC(N)基金属陶瓷组织结构和性能的影响92
' ?4 p6 ?5 z! a- r; e$ Q6 }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
; ^0 l5 U8 R4 b2 k9 F* W) E2 C7.2Mo/(W+Mo)比对TiC(N)基金属陶瓷组织结构和性能的影响94* J$ d( ] T! ^
7.2.1wC和Mo加量对肠(卿)基金属陶瓷组织结构的秒向' P! V ]- m1 W% J8 w
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; o3 |. _( s. C$ Q. M
7.3N/(C+N)比对Ti(NC)基金属陶瓷结构和性能的影响101
1 K, S$ K) q0 B- d. D; K) F' }7.4抑制剂加入对Ti(CN)基金属陶瓷组织和性能的影响1054 ~. _% S0 k' l+ Z
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
" ` _, ]5 U9 e! P! c5 Z7.4.2 TIBZ拗口外汉寸肠归催甜瞩陶瓷组织结构和性能的景训句1077 ^7 v4 v& M; [0 U9 g g
7.5超细Ti(CN)基金属陶瓷刀具的使用性能109
/ t$ u/ i# j2 n0 ~; \$ O7.5.1超细五(q礴爵瞩陶瓷中试生产及合金胜能109
2 Z; n2 V6 n ?4 |% @; |/ J- |4 ]3 L7.5.2超细下归殡豁瞩陶瓷的切肖胜能1105 d" O( j9 U' l3 L8 e6 Y( ?
第八章纳米Ti(CN)基金属陶瓷刀具材料的研究1137 F: |2 n$ W% q1 h8 g7 f
8.1纳米Ti(CN)基金属陶瓷烧结过程中的收缩行为113
& r) j% d% h) }8.2纳米Ti(NC)基金属陶瓷在烧结过程中的脱气反应117
: {+ ~( x% O. d2 v& O( z8 T8.3纳米Ti(C哟基金属陶瓷烧结过程中的相成分变化118
, v7 i2 N, M( S( {2 f( M8.4纳米Ti(C哟基金属陶瓷的组织结构演变125! q! P% u! V3 w$ ^- ] \$ t" @8 t
8.5纳米TiC(N)基金属陶瓷的物理和力学性能129
7 B2 L7 L5 a7 C2 y' I( u# w第九章结论和展望132
$ J( R0 m; j5 ?: H0 K* N9.1主要结论1329 j$ j% D' x! r
9.2问题和展望134/ t. X0 _" D- L8 [" H
参考文’献135
# @. y: P$ g2 r' a4 S* K6 w# N致谢153; D1 E* `. }+ c1 y1 w
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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