基于机械合金化法制备(Ti,W)C-Ni基金属陶瓷组织性能的研究

摘要

本文以Ti,W,C单质粉末为原料，采用机械合金化的方法制备(Ti，W)C固溶体粉末，并以制备出的(Ti，W)C固溶体粉末为硬质相原料，金属Ni为粘结相原料，采用真空烧结工艺，制备了(Ti，W)C-Ni基金属陶瓷。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和抗弯强度测试仪、洛氏硬度计等分析测试手段研究了(Ti，W)C固溶体粉末和(Ti，W)C-Ni基金属陶瓷的成分，显微组织及室温力学性能。
　　本文首先简要综述了金属陶瓷的分类，介绍了Ti（C,N）基金属陶瓷的发展简史，国内外研究概况以及组织结构和性能特点；其次简单介绍了预固溶处理的意义，目前(Ti,W)C固溶体粉末的主要制备方法；然后着重就机械合金化法的发展历史，球磨过程以及影响因素进行了总结。最后，在前述基础上提出本文的研究目的，意义及采用的技术路线。
　　研究了W含量以及球磨时间对(Ti，W)C固溶体粉末合成的影响。目标成分为(Ti0.95,W0.05)C、(Ti0.9,W0.1)C和(Ti0.85,W0.15)C的粉末经不同时间的高能球磨后能够得到(Ti,W)C固溶体粉末，目标成分为(Ti0.8,W0.2)C的粉末经24h高能球磨后，仍无反应发生。在后续的热处理过程中，目标成分为(Ti0.95,W0.05)C、(Ti0.9,W0.1)C的粉末经8h高能球磨后再在1200℃下保温一小时，体系中残余的W固溶到TiC晶格中，形成了(Ti,W)C完全固溶体。而经8h高能球磨后的目标成分为(Ti0.8,W0.2)C的粉末在1300℃下保温一小时后，体系中仍然有W未能固溶到TiC晶格中，未能形成(Ti,W)C完全固溶体。
　　在前述基础上，研究了硬质相中W含量对(Ti，W)C-Ni基金属陶瓷组织性能的影响。随着样品硬质相中W含量的增加，显微组织中―白芯-灰环‖结构以及无芯环结构的数目明显增多。环形相的厚度增加，晶粒尺寸以及―黑芯-灰环‖结构中黑色芯相的尺寸则减小。以完全固溶体为硬质相原料的金属陶瓷的晶粒要明显比其他样品的晶粒粗大。抗弯强度与硬度随着硬质相中W含量的升高而先增加后减小。在1450℃下烧结得到的金属陶瓷具有最优的力学性能，其抗弯强度为1693MPa，硬度为HRA89.5.以完全固溶体为硬质相原料的金属陶瓷其抗弯强度为1545MPa，硬度为HRA91.2.
　　研究了粘结相含量对(Ti，W)C-Ni基金属陶瓷组织性能的影响。随着样品中粘结相含量的升高，样品的晶粒尺寸增大，样品的抗弯强度提高，而硬度则随着粘结相含量的升高而降低。粘结相含量为20wt％的样品综合性能最优，其抗弯强度为1636MPa,硬度为HRA88.5。
　　研究了烧结温度对(Ti，W)C-Ni基金属陶瓷组织性能的影响。随着烧结温度的提高，显微组织中黑色芯相的分布更加均匀，完整芯环结构形成，且环形相厚度变厚，晶粒尺寸变大，样品的抗弯强度以及硬度都有所提高，最佳的烧结温度为1450℃.

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1 绪 论

1.1引言

1.2 Ti（C,N）基金属陶瓷简介

1.3 预固溶处理的意义及(Ti,W)C固溶体粉末的主要制备方法

1.4机械合金化技术

1.5 本文主要研究内容

1.6 技术路线

2 实验材料的制备及检测方法

2.1 固溶体粉末的成分设计及制备工艺

2.2 固溶体基金属陶瓷的成分设计及制备工艺

2.3固溶体粉末及金属陶瓷的性能检测方法和显微组织表征

3 (Ti，W)C 固溶体粉末的制备研究

3.1引言

3.2 W含量以及球磨时间对固溶体制备的影响

3.3 热处理对预合金化粉末的影响

3.4 本章小结

4 (Ti，W)C 固溶体基金属陶瓷的制备及组织性能研究

4.1 引言

4.2 硬质相成分以及粘结相含量对(Ti，W)C 固溶体基金属陶瓷的组织性能的影响

4.3 烧结温度对(Ti,W)C 固溶体基金属陶瓷的组织性能的影响

4.4 本章小结

5 全文总结

5.1 本文主要结论

5.2 本文的主要创新之处

致谢

参考文献

附录 攻读学位期间发表的论文