超细Ti（CN）基金属陶瓷粉末成形性能及刀具材料的研究

摘要

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Ti(CN)和WC粉末球磨料浆的粘度，提高了Ti(CN)和WC粉末的球磨效率。Ti(CN)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-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。 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。Ti(CN)基金属陶瓷压坯经过在Ar气氛、真空、N<,2>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，钴磁(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N<,2>气氛烧结造成金属陶瓷合金的表层显微组织不均匀，N<,2>气氛烧结影响更大，其合金的氮含量增加O.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；钴磁和矫顽磁力具有很强的正相关性。钴磁可以作为表征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。 本文首次系统研究了纳米Ti(CN)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M02C在1200℃消失，WC在1250℃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℃～100℃，一般真空烧结不能完全使纳米Ti(CN)基金属陶瓷合金完全致密，必须经过压力烧结。纳米Ti(CN)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。 超细Ti(CN)基金属陶瓷中,CO/(Co+Ni)比在0.7～0.8、W/(W+Mo)比在0.65左右、N/(N+C)比在0.35～0.45时可以获得比较好的综合性能。微量抑制剂VC、Cr<,3>C<,2>和TiB<,2>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。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章试验材料和试验方法

第三章超细碳氮化钛和碳化钨粉末的球磨效率及表面改性

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

第五章Ti(CN)基金属陶瓷磁学性能的研究

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

第七章成分对Ti(CN)基金属陶瓷组织结构和性能的影响

第八章纳米Ti(CN)基金属陶瓷刀具材料的研究

第九章结论和展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间科研项目和成果