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【摘要】1 B" D/ Q8 T6 d& U9 x& M# ~# I9 f
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。0 L3 _: D- @7 O k2 P$ Y
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。 Q9 H: _3 s3 M% @1 o8 L- a
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。2 X4 v+ K, ?0 u) f" l
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。
) w: {( X) ?) ?7 U* F3 F) ?( |1 m0 E
【关键词】TiCN基金属陶瓷，表面改性，压制性能，显微组织，性能
7 [* Y0 ^9 \% {( j- a; g# Y* U/ J7 X) _: K
* v! x. G& c3 L X9 K; I' ~0 {9 z4 I/ j* ~2 b# y d
【目录】
8 S+ O' C- t6 K" x第一章绪论1$ Y- X; a7 T5 ] g5 v0 [
1.1欢CN)基金属陶瓷工具材料发展概况14 `4 H% N, P* Z; N8 d
1.2Ti(CN)基金属陶瓷粉末成形剂的研究现状3
+ D0 h7 O( X& H1 H6 x- U/ Y) i" c1.2.1橡胶类成形剂的研岁扭见伏3. J7 z- e1 _/ L5 I& e |; u
1.2.2石蜡类成形齐呵防聊状66 S. U1 j- b) a1 X$ N
1.2.3水溶性聚…剖孵明滩剂的研究现状7
; K% c0 H5 p! \, `& v1.2.4三大类成形齐姓能的卜嗽8
9 J$ E2 |# O, ?1.3超细金属陶瓷粉末成形研究概况及发展展望9
3 J) [- a8 U5 Z- J9 q) L) }1.3.1金属陶瓷超细粉末成形和成形齐呵防恕况9
! h5 v( s/ ^% I5 X$ |1.3.2超细五(q礴毓嘱陶瓷滕翩眺刹开发的展望10
" s0 y; K% E! X+ @6 n1.4Ti(CN)基金属陶瓷研究现状11
. G# w8 z& Q; M9 U9 G. N1·4.l五(。刃基金属陶锹」备工艺12
/ S* [% s/ K3 [% P6 D O1.4.2五(。哟基金属陶瓷组织结构特征13. F* g3 r/ o2 O0 T3 c
1.4.3五(O用基金属陶瓷的性能16) r* j0 k3 U. L
1.4.4添加齐州组纤环唯能的影响180 N/ D8 i! \- z/ L/ a2 ~
1.4.5表面梯度结构石归噢豁瞩陶瓷的研究195 o/ x# X, s% a3 c
1.4.6超细五(。礴务嘱陶瓷的研究现状20
8 X3 Z% r* d1 Y' `1.4.7五C(N)基金属陶瓷产」州搜肠盼跋展方向22
' i5 J) y. L9 K$ e }- s! g4 t1.5本文的研究目的与研究内容25# B/ y& K3 v5 c
1.5.1本研究课题的来源25" a- H/ d+ L& q/ A& ~+ y
1.5.2研究目崖环口意义26: e: w$ `0 x* X, P
1.5.3主要研究内容27
! j& P0 @3 A9 O! ~第二章试验材料和试验方法28
8 L" }3 A7 ~3 @+ p2.1原料粉末和试验过程28 B9 [% J- M: R! b
2.1.1原料粉末28
6 w' l+ `% Q' F6 ? B2.1.2金属陶瓷试样的韦咯299 x/ Y$ |' }, _. R
2.2参数测量及方法299 a; H4 e" {. [, D" @9 a+ Y
2.2.1成形剂主要成粥对卜光谱分析29
$ W8 O' ~( @& G& S2.2.2成形剂热裂解特胜的测定29
: _2 j4 ? Q. ^. F2.2.3化学成分分析30/ l1 K5 o8 ^% I3 U
2.2.4料券绊占度的测定31
0 T0 ~+ I. _3 C4 Y: k$ J1 \6 s0 H& o2.2.5超细粉末粒度的测定31
- L, Y! o4 I2 o/ [# ]/ i8 c2.2.6石粉末抗氧化幽幼柳徒31
: f7 ?- u3 A9 t, J2 {: ~/ |- P% k3 v$ P2.2.7粉末压市胜能的测定310 _' x1 W3 h! v g( Q; H9 \
2.2.8名物理和力学断瓢(定328 B; G3 {9 v: ` U, [0 E
2.2.9金属陶箫L隙度和习讹合碳的针瞅(定33
2 M: k# X" D3 A3 Y3 [2.2.10粉末琅啸口组织结丰酬待征的观察348 U, H3 X! F, G1 n/ t2 b1 ^2 g0 S- m
2.2.11金属陶瓷的化学成分和相成分钡(定36/ W2 Z5 j5 _- P4 I1 S: }
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
5 p2 b* G1 }9 d: y0 H6 p5 r% m3.1超细碳氮化钦和碳化钨粉末球磨效率的改进37
: x# b' i, L$ g3.1.1超细下(日哟和wC粉末的球磨试验37
1 d ~1 v+ e7 ~/ l V1 J5 e3.1.2超细肠(日劝和wC粉体团聚和分散机理41
% P5 p" H, C$ B! z3.1.3圈础绷粉末团聚的途径和方法420 c( X1 a1 @* l _( _% O, l) {
3.2TiC(N)和WC表面物理包覆改性的抗氧化性能434 t5 k( a. X* I( V2 P' p
3.2.1表面改胜川舒口改胜剂0 d4 d% R: i x. g; x: ^
3.2.2超细五归哟和wC表面改吐的抗氧化吐能45
1 c0 b4 I1 |0 Z9 L' Z! G1 ?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$ \+ l) C5 Y( ?! x; k7 X1 P0 ~
4.1超细金属陶瓷粉末的表面改性47& g C9 S2 {2 i ?% Q
4.1.1超细斜霭陶瓷粉末成形幽47
% b* \, S, h( u; H2 Q) G9 ], k/ a T4.1.2超细肠(。均和WC粉体在干菊士程中硬团聚形成机理51* n! }1 w x4 C0 t! H, B* v) H* ?4 ~6 T7 `
4.1.3超细剑禹陶瓷粉末的表面改性51* j+ Q ^& o( [5 m+ F, g
4.2改性超细金属陶瓷粉末的压制性能54. |! t5 ]; Q* {6 V8 E) s$ a7 v
4.2.1改胜后超细金属陶瓷粉末的压玮胜能54! N7 c2 ^ @1 _
4.2.2表面改性超细五(O礴骚嘱陶瓷粉末到肠佣592 i; H# r# T- U4 U9 H- x
第五章Ti(C哟基金属陶瓷磁学性能的研究629 E1 G1 N! q& o* t `
5.1Ti(CN)基金属陶瓷的磁学原理62
+ B& X& q+ e( R9 s1 f) i. |& |# U! @5.2真空烧结对Ti(CN)基金属陶瓷磁学性能的影响653 `/ [4 v6 l! Z- s6 d0 p
52.1真空烧结对石(口劝基金属陶瓷磁学陛能的影响65
+ C K$ h I+ ]4 v( q4 D3 @522粘结相的晶格潮断口磁性能的关系681 Y# j. B, m6 t7 v% s
5.3气氛烧结对Ti(CN)基金属陶瓷磁学性能的影响73
3 ~( H# |/ |1 j. L# Y5.3.1烧结气称寸五(O哟基金属陶瓷合金成分的影响73
3 w% w1 G: I+ r6 |5.3.2烧结气氛对欢。哟基金属陶瓷磁胜能的影响751 {. B, t' d( q9 C% G$ Y( }
5.3.3粘结相的晶格常数和磁陛能的关系784 |5 t% s) ]- ~7 o
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$ _" |3 e6 Z+ R, U; x
6.1烧结气氛对金属陶瓷合金成分的影响81( I* ]5 u5 M( @/ [8 i
6.2烧结气氛对金属陶瓷组织结构的影响82" E- t* x4 T1 m$ Z7 V: S
6.3烧结气氛对金属陶瓷相成分的影响89
. h1 Y9 B# m) Z% D9 E2 H6 p @6.4烧结气氛对金属陶瓷物理和力学性能的影响914 t, H4 K/ a5 b
第七章成分对TiC(N)基金属陶瓷组织结构和性能的影响92
9 t8 ]+ Y7 G: C! {9 P- \! P7.1Co/(Co+N)i比对TiC(N)基金属陶瓷组织结构和性能的影响92
- W6 w6 R7 J E! @/ g! G$ j4 p7.2Mo/(W+Mo)比对TiC(N)基金属陶瓷组织结构和性能的影响94* k) E) q$ D9 H5 v
7.2.1wC和Mo加量对肠(卿)基金属陶瓷组织结构的秒向5 I0 x% J9 Q7 ?
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
9 f$ b3 g0 g6 @+ D. [8 h m% S- X7.3N/(C+N)比对Ti(NC)基金属陶瓷结构和性能的影响101
M) b; Q" Q U6 Y7.4抑制剂加入对Ti(CN)基金属陶瓷组织和性能的影响105
$ r3 V& r+ r1 u$ }. m7.4.1 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
: U4 H0 L: R& M ^4 H" H4 d7.4.2 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
* X5 O8 J: |6 f7.5超细Ti(CN)基金属陶瓷刀具的使用性能109
( M. I* g+ x' W) a9 X4 ]/ `0 Z7.5.1超细五(q礴爵瞩陶瓷中试生产及合金胜能109- Y& ^7 C# K" o9 Y, @1 W
7.5.2超细下归殡豁瞩陶瓷的切肖胜能110' u& O1 o) ]( D; ?$ e' w! t+ k% `
第八章纳米Ti(CN)基金属陶瓷刀具材料的研究113
( q4 b. c" g$ e' j8.1纳米Ti(CN)基金属陶瓷烧结过程中的收缩行为113( [5 y% n' m7 `) ?6 d
8.2纳米Ti(NC)基金属陶瓷在烧结过程中的脱气反应117! o' X' A9 _, M* t% ^. X
8.3纳米Ti(C哟基金属陶瓷烧结过程中的相成分变化118
6 z# E% F5 ^$ c$ A8.4纳米Ti(C哟基金属陶瓷的组织结构演变125+ S) q% L B. T8 P
8.5纳米TiC(N)基金属陶瓷的物理和力学性能129
3 C* A6 Q2 v: R) [9 ~, c8 p第九章结论和展望132! k4 \6 y r" W
9.1主要结论132
; U9 g# a8 G, l* i9.2问题和展望134$ ]' N7 ]1 u. o
参考文’献135( K5 Y0 o- A3 i0 K5 {7 D% W4 G
致谢1534 u0 J2 g, {( E7 _5 ^( i
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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