AlN/Cr3C2成分对Ti(C,N)基金属陶瓷组织与高温氧化性能影响

摘要

本文对Ti(C,N)基金属陶瓷的研究进展、高温结构材料的研究现状进行了综述,并在此基础上提出了本文的目的:通过向Ti(C,N)基金属陶瓷中添加不同含量的AlN/Cr3C2成分,提高其高温抗氧化性能,开发出应用领域更广泛的金属陶瓷产品。
　　本文对烧结成型后的Ti(C,N)基金属陶瓷进行了硬度、抗弯强度、致密度测试,在此基础上,选择了综合力学性能较好的成分A与成分B进行了高温氧化实验,对氧化过程进行了热力学分析,同时探讨了不同AlN/Cr3C2添加量及氧化时间、氧化温度对Ti(C,N)基金属陶瓷高温氧化行为的影响,采用热重分析仪(TGA)、金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、硬度计、抗弯强度测试仪等手段,研究了AlN/Cr3C2/Ti(C,N)基金属陶瓷氧化后微观组织、氧化膜微观特性。
　　试样烧结后,金属陶瓷基体的显微组织具有典型的芯-壳结构,并发现了分布在粘结相中的强化相g￠[Ni3(Al、Ti)]的存在,g￠的存在使材料抗弯强度、硬度随着AlN/Cr3C2添加量的增多呈现出先增加后降低的趋势。
　　成分A与成分B分别在800℃、900℃、1000℃每个温度下保温3h、6h、12h后观察其氧化现象,计算氧化后增重;经过1150℃,升温速率50℃/min,保温24h的TG试验表明:成分A、成分B试样最高的增重率分别为110.5％、108.5%,均小于未添加AlN/Cr3C2金属陶瓷的117%。
　　经微观分析表明:成分A氧化后氧化膜表面主要由颗粒状的AlNi3与TiO2组成,厚度小于20μm;添加AlN/Cr3C2成分B的氧化产物主要为TiO2、Al2O3、AlNi3,氧化膜组织较规则,黑色片状呈连续分布。
　　综合力学性能实验、高温氧化实验的结果,成分B的综合性能较好,即添加量为2.7%/4.8%(wt%)的Ti(C,N)基金属陶瓷系列。

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1 绪 论

1.1 Ti(C,N)基金属陶瓷的发展及应用概况

1.2 Ti(C,N)基金属陶瓷的组织结构及形成机理

1.3 化学成分对Ti(C,N)基金属陶瓷的组织结构的影响

1.4 高温结构材料的发展概况

1.5 材料高温氧化理论

1.6 Ti(C,N)基金属陶瓷应用面临的问题及本课题的目的和意义

1.7 本研究课题的技术路线

2 AlN/Cr3C2/Ti(C,N)基金属陶瓷的成分设计与制备工艺

2.1 引言

2.2 AlN/Cr3C2/Ti(C,N)基金属陶瓷的成分设计

2.3 AlN/Cr3C2/Ti(C,N)基金属陶瓷的试验成分

2.4 试验用粉末的原始条件

2.5 AlN/Cr3C2/Ti(C,N)基金属陶瓷的制备工艺

2.6 主要试验方法及设备

2.7 结果与讨论

2.8 本章总结

3 AlN/Cr3C2/Ti(C,N)基金属陶瓷氧化热力学计算及实验

3.1 高温氧化热力学基本原理

3.2 热力学分析与计算

3.3 氧化实验

4 AlN/Cr3C2/Ti(C,N)基金属陶瓷氧化实验结果分析

4.1 Ti(C,N)基金属陶瓷氧化增重曲线及分析

4.2 氧化膜成分分析

4.3 氧化膜的表面形貌

4.4 氧化膜截面分析

4.5 本章小结

5 全文总结

5.1 本文主要结论

5.2 全文主要创新点

5.3 展望

致谢

参考文献

附 录1 攻读硕士学位期间待发表论文