Ti(C,N)基金属陶瓷

摘要： 在面向高端制造业中,碳氮化钛(TiCN)基金属陶瓷刀具以其优异的切削表面质量,自身红硬性、耐磨性和抗氧化性等性能优异广受关注。针对TiCN基金属陶瓷在实际加工工程中的情况,研究材料在不同温度(600、700、800°C)条件下的高温摩擦磨损性能。采用X线衍射分析(X-ray diffraction,XRD)、场发射扫描电镜(field emission scanning electron microscopy,FESEM)、能谱仪(energy dispersivespectroscopy,EDS)、高温摩擦磨损试验机和轮廓仪分别分析不同温度下的氧化增重、表面形貌以及摩擦后表面形貌和摩擦因数之间的关系,初步探讨成分和组织结构对金属陶瓷高温摩擦磨损性能的影响。研究结果表明,室温时主要磨损机理为磨粒磨损和晶粒的滑出,高温时则为黏着磨损和氧化磨损,在摩擦磨损过程中摩擦层的形成和脱落对摩擦性能影响显著。

摘要： 在面向高端制造业中,碳氮化钛(TiCN)基金属陶瓷刀具以其优异的切削表面质量,自身红硬性、耐磨性和抗氧化性等性能优异广受关注.针对TiCN基金属陶瓷在实际加工工程中的情况,研究材料在不同温度(600、700、800°C)条件下的高温摩擦磨损性能.采用X线衍射分析(X-ray diffraction,XRD)、场发射扫描电镜(field emission scanning electron microscopy,FESEM)、能谱仪(energy dispersivespectroscopy,EDS)、高温摩擦磨损试验机和轮廓仪分别分析不同温度下的氧化增重、表面形貌以及摩擦后表面形貌和摩擦因数之间的关系,初步探讨成分和组织结构对金属陶瓷高温摩擦磨损性能的影响.研究结果表明,室温时主要磨损机理为磨粒磨损和晶粒的滑出,高温时则为黏着磨损和氧化磨损,在摩擦磨损过程中摩擦层的形成和脱落对摩擦性能影响显著.

摘要： 在真空钎焊炉中采用活性钎料AgCuTi,成功将Ti(C,N)基金属陶瓷和金属40Cr进行钎焊连接,形成了Ti(C,N)基金属陶瓷/AgCuTi/40Cr钎焊接头.采用SEM、EDS和XRD等手段对Ti(C,N)基金属陶瓷/AgCuTi/40Cr钎焊接头的形貌组织进行了分析,研究了钎焊接头的机械性能,得到了Ti(C,N)基金属陶瓷和金属钎焊的最佳工艺条件,并分析了钎焊工艺条件(钎焊温度、保温时间)对钎焊接头剪切强度和形貌组织的影响.结果表明,Ti(C,N)基金属陶瓷内部组织精密,呈现明显的芯-环结构,钎焊接头组织均匀无缺陷,钎料与两侧母材润湿较好,而且在两侧形成了界面反应层.最佳钎焊工艺为钎焊温度900°C、保温时间20 min,此时钎焊接头剪切强度达到最大值265 MPa,且钎焊接头反应产物从陶瓷侧到金属侧依次为:Cu3 Ti2+Ni3 Ti、Ag(s.s)+Cu(s.s)和CuTi/40Cr.

摘要： 目的 研究Ti(C,N)-WC-Mo2C-Ni-Co金属陶瓷的成分、显微组织和耐腐蚀性能之间的关系,以期提高金属陶瓷材料的耐腐蚀性能.方法 采用粉末冶金方法 在金属陶瓷中添加不同比例的WC与Mo2C,并对金属陶瓷显微组织、力学性能及在酸性和碱性溶液中的腐蚀行为进行系统研究.结果 随着WC与Mo2C比例的降低,金属陶瓷组织中黑芯-灰环硬质相增多,白芯-灰环硬质相减少,环形相的厚度增加,材料的硬度先升高后下降,断裂韧性先下降后升高.当w(WC)/w(Mo2C)为0︰3时,金属陶瓷的硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为90.5HRA,12.12 MPa·m1/2和2030 MPa.金属陶瓷在硫酸溶液中,较低的Mo2C添加量可以改善金属陶瓷的耐腐蚀性能.当w(WC)/w(Mo2C)为2︰1时,材料在硫酸溶液中有较好的耐腐蚀性能.在KOH溶液中,Mo2C添加量的提高会使材料在KOH溶液中的耐腐蚀性能降低.结论 对于设计和制备应用于不同腐蚀环境下的金属陶瓷材料有较好的指导意义,可以有效拓宽金属陶瓷的应用领域.

摘要： 为改善Ti(C,N)基金属陶瓷刀具的抗冲击性能,从烧结碳势对表层粘结相分布影响的角度出发,制备了不同压力CO冷却的Ti(C,N)基金属陶瓷刀片.借助扫描电镜和能谱仪研究了CO冷却下金属陶瓷表层的组织结构以及粘结相分布情况.对比了CO冷却和真空冷却对金属陶瓷刀片切削性能的影响.结果表明:CO冷却对金属陶瓷常规性能影响微小,但会促进表面形成贫粘结相、只剩富W、Mo固溶体骨架的形貌,且会在距表面2～15μm范围内形成富粘结相区.CO冷却还会引起金属陶瓷内部黑色TiCN减少,灰色环形相增加,亮白色内环相增多.与真空冷却相比,CO冷却下的刀片耐磨寿命小幅下降,抗冲击性能大幅提升.

摘要： 研究了AlN添加量(0,1％,2％,3％,质量分数)对Ti(C,N)基金属陶瓷硬度、抗弯强度以及抗氧化性能的影响.结果表明:不同AlN添加量下的金属陶瓷主要由Ti(C,N)、Ni3Al和镍相组成;随着AlN添加量增加,金属陶瓷的硬度增大,抗弯强度先增大后减小,AlN添加量为2％时达到峰值;与未添加AlN相比,添加2％AlN金属陶瓷的氧化质量增加较慢,氧化膜结构更致密,抗氧化性能更好.

摘要： 利用有限元方法研究了组成分布指数和梯度自润滑层厚度(层厚)对石墨/Ti(C,N)基金属陶瓷梯度自润滑复合材料残余应力的影响;采用层铺-烧结法制备该梯度自润滑复合材料,利用X射线衍射法测试其表面残余应力,并与模拟结果进行了对比.结果表明:径向压应力主要分布在梯度自润滑层的表层,在金属陶瓷基体与梯度自润滑层界面边缘处存在严重的应力集中;随着组成分布指数的增大,表面径向压应力增大,界面处应力减小;增大层厚可以改善界面处的应力分布,但表面径向压应力也随之降低;最佳组成分布指数为1.0～2.0,层厚为1.0～1.5 mm;试验测得的表面残余压应力随层厚的变化与模拟结果基本一致.

摘要： Ti(C,N)基金属陶瓷凭借着其低成本高性能的优势,被视为硬质合金的理想升级替代品,拥有广阔的应用前景.然而,与硬质合金相比,由于金属陶瓷的强韧性,尤其是断裂韧性相对较低,其应用范围受到限制.因此,如何进一步提高金属陶瓷材料的强韧性对扩大其应用领域和应用规模具有十分重要的意义.本文总结了近年来提高Ti(C,N)基金属陶瓷强韧性的主要技术,综述了相关的研究进展及提高金属陶瓷强韧性的相关机理,简述了目前金属陶瓷强韧化技术存在的问题,并对未来发展趋势进行了展望.

摘要： 采用传统的粉末冶金方法制备了不同TaC含量Ti(C,N)-18Ni金属陶瓷,利用化学气相沉积技术在所制备的金属陶瓷基体上沉积TiN/TiCN/Al2O3/TiN多层复合涂层,通过不同的方法表征了基体和涂层的组织和力学性能.结果 表明:TaC含量为6％时(质量分数,下同),金属陶瓷的晶粒细小且分布均匀,组织最为致密,表现出优异的机械性能.TaC的添加细化了金属陶瓷晶粒,为涂层生长提供了更多形核点,从而改变了涂层的组织和性能.基体中部分元素扩散到涂层中,改变了涂层的晶格常数.当TaC含量为6％时,涂层与金属陶瓷的结合力达到最大,为127.8 N.

摘要： Ti(C,N)基金属陶瓷因具有优异的高温硬度和耐磨性、低摩擦系数、良好的热稳定性和化学稳定性,广泛应用在高温耐磨部件、高温涂层、高速切削刀具等领域,这些恶劣的工况环境下材料易发生高温氧化,造成零件的失效.本文综述了国内外关于成分的调控及优化对金属陶瓷抗高温氧化的影响,总结了金属陶瓷的高温氧化机理,进一步对金属陶瓷材料的高温氧化膜的形成过程和氧化膜抑制持续氧化的作用进行分析,并展望了金属陶瓷高温氧化的研究发展方向:一是利用分子动力学或向量场理论对氧化过程进行分析;二是Ti(C,N)基金属陶瓷在高温磨损环境中的氧化与磨损协同作用.

摘要： 本文介绍了本课题组研制的一种新的刀具材料——Ti(C,N)基金属陶瓷的成分组成、力学性能及其组织状态,基于大变形一大应变理论、增量理论以及更新拉格朗日算法、采用几何断裂分离准则,建立了二维弹塑性金属正交切削有限元模型,对金属正交切削过程进行了数值模拟;改变刀具前角.得出在不同的刀具前角下Ti(C,N)基金属陶瓷刀具在正交切削过程中切削力、刀具后刀面等效应力以及温度的变化;分析了切削力、刀具表面等效应力和温度对刀具磨损的影响;模拟结果与相关研究的试验数据吻合.本文的研究为后期研制新的刀具材料提供了理论依据,降低试验成本.

摘要： 本文介绍了本课题组研制的一种新的刀具材料——Ti(C,N)基金属陶瓷的成分组成、力学性能及其组织状态,基于大变形一大应变理论、增量理论以及更新拉格朗日算法、采用几何断裂分离准则,建立了二维弹塑性金属正交切削有限元模型,对金属正交切削过程进行了数值模拟;改变刀具前角.得出在不同的刀具前角下Ti(C,N)基金属陶瓷刀具在正交切削过程中切削力、刀具后刀面等效应力以及温度的变化;分析了切削力、刀具表面等效应力和温度对刀具磨损的影响;模拟结果与相关研究的试验数据吻合.本文的研究为后期研制新的刀具材料提供了理论依据,降低试验成本.

摘要： 本文介绍了本课题组研制的一种新的刀具材料——Ti(C,N)基金属陶瓷的成分组成、力学性能及其组织状态,基于大变形一大应变理论、增量理论以及更新拉格朗日算法、采用几何断裂分离准则,建立了二维弹塑性金属正交切削有限元模型,对金属正交切削过程进行了数值模拟;改变刀具前角.得出在不同的刀具前角下Ti(C,N)基金属陶瓷刀具在正交切削过程中切削力、刀具后刀面等效应力以及温度的变化;分析了切削力、刀具表面等效应力和温度对刀具磨损的影响;模拟结果与相关研究的试验数据吻合.本文的研究为后期研制新的刀具材料提供了理论依据,降低试验成本.

摘要： 本文介绍了本课题组研制的一种新的刀具材料——Ti(C,N)基金属陶瓷的成分组成、力学性能及其组织状态,基于大变形一大应变理论、增量理论以及更新拉格朗日算法、采用几何断裂分离准则,建立了二维弹塑性金属正交切削有限元模型,对金属正交切削过程进行了数值模拟;改变刀具前角.得出在不同的刀具前角下Ti(C,N)基金属陶瓷刀具在正交切削过程中切削力、刀具后刀面等效应力以及温度的变化;分析了切削力、刀具表面等效应力和温度对刀具磨损的影响;模拟结果与相关研究的试验数据吻合.本文的研究为后期研制新的刀具材料提供了理论依据,降低试验成本.

摘要： 本文介绍了本课题组研制的一种新的刀具材料——Ti(C,N)基金属陶瓷的成分组成、力学性能及其组织状态,基于大变形一大应变理论、增量理论以及更新拉格朗日算法、采用几何断裂分离准则,建立了二维弹塑性金属正交切削有限元模型,对金属正交切削过程进行了数值模拟;改变刀具前角.得出在不同的刀具前角下Ti(C,N)基金属陶瓷刀具在正交切削过程中切削力、刀具后刀面等效应力以及温度的变化;分析了切削力、刀具表面等效应力和温度对刀具磨损的影响;模拟结果与相关研究的试验数据吻合.本文的研究为后期研制新的刀具材料提供了理论依据,降低试验成本.

摘要： 本文介绍了本课题组研制的一种新的刀具材料——Ti(C,N)基金属陶瓷的成分组成、力学性能及其组织状态,基于大变形一大应变理论、增量理论以及更新拉格朗日算法、采用几何断裂分离准则,建立了二维弹塑性金属正交切削有限元模型,对金属正交切削过程进行了数值模拟;改变刀具前角.得出在不同的刀具前角下Ti(C,N)基金属陶瓷刀具在正交切削过程中切削力、刀具后刀面等效应力以及温度的变化;分析了切削力、刀具表面等效应力和温度对刀具磨损的影响;模拟结果与相关研究的试验数据吻合.本文的研究为后期研制新的刀具材料提供了理论依据,降低试验成本.

摘要： 研究了以Co或Cr部分或全部代替Ni对TiC-TiN-WC-Mo-20(wt)%粘结相体系Ti(C,N)基金属陶瓷组织性能的影响。表明：以Co或Cr部分或全部代替Ni不会从根本上改变Ti(C,N)基金属陶瓷的组织结构,但环形相和粘结相的合金成份会有所变化;随Co或Cr含量的增加,合金的硬度增加,但强度和韧性有所下降;对于不同粘结相体系的合金,硬度相同时,以Co或Cr部分或全部代替Ni对合金断裂韧性的影响不大。

摘要： 研究了以Co或Cr部分或全部代替Ni对TiC-TiN-WC-Mo-20(wt)%粘结相体系Ti(C,N)基金属陶瓷组织性能的影响。表明：以Co或Cr部分或全部代替Ni不会从根本上改变Ti(C,N)基金属陶瓷的组织结构,但环形相和粘结相的合金成份会有所变化;随Co或Cr含量的增加,合金的硬度增加,但强度和韧性有所下降;对于不同粘结相体系的合金,硬度相同时,以Co或Cr部分或全部代替Ni对合金断裂韧性的影响不大。

摘要： 研究了以Co或Cr部分或全部代替Ni对TiC-TiN-WC-Mo-20(wt)%粘结相体系Ti(C,N)基金属陶瓷组织性能的影响。表明：以Co或Cr部分或全部代替Ni不会从根本上改变Ti(C,N)基金属陶瓷的组织结构,但环形相和粘结相的合金成份会有所变化;随Co或Cr含量的增加,合金的硬度增加,但强度和韧性有所下降;对于不同粘结相体系的合金,硬度相同时,以Co或Cr部分或全部代替Ni对合金断裂韧性的影响不大。

摘要： 研究了以Co或Cr部分或全部代替Ni对TiC-TiN-WC-Mo-20(wt)%粘结相体系Ti(C,N)基金属陶瓷组织性能的影响。表明：以Co或Cr部分或全部代替Ni不会从根本上改变Ti(C,N)基金属陶瓷的组织结构,但环形相和粘结相的合金成份会有所变化;随Co或Cr含量的增加,合金的硬度增加,但强度和韧性有所下降;对于不同粘结相体系的合金,硬度相同时,以Co或Cr部分或全部代替Ni对合金断裂韧性的影响不大。

摘要： 本发明属于金属陶瓷切削加工领域，公开了一种具有高硬度和高韧性的高熵碳化物增强TiCN基金属陶瓷及其制备方法和应用。所述金属陶瓷是将TiC0.7N0.3、WC、Ni、Co、Mo2C、VC、AlN和(Ta0.2W0.2V0.2Mo0.2Nb0.2)C高熵碳化物粉体一起球磨后得到混合粉末，干燥后经过干压和冷等静压成型，用碳粉全包裹住坯体，在1450‑1600°C烧结并保温制得；所述(Ta0.2W0.2V0.2Mo0.2Nb0.2)C高熵碳化物粉体通过Ta2O5、V2O5、WO3、Nb2O5、MoO3、C六种粉体混合球磨，干燥后在1600‑1700°C碳热还原法制得。

摘要： 本发明一种弱芯环结构细晶均质TiCN基金属陶瓷及其制备方法，所述金属陶瓷中硬质相晶粒均匀细小，呈棱角圆滑的方形和近球形，平均晶粒度＜1.2μm，富Ti黑芯硬质相所占比例＜50％，黑芯平均尺寸＜0.5μm。其制备方法是，主要原料粉末包括TiCXN1–X、(Ti1–Y,WY)C、WC、Mo2C、Ni、Co、TaC和/或NbC，其中X＝0.5或0.7，Y＝0.1～0.4；采用高研磨分散效率的球磨—干燥—成形—压力烧结工艺制备；通过添加纳米(Ti1–Y,WY)C非饱和固溶体和调控配套制备工艺，在烧结过程中实现以(Ti1–Y,WY)C为核心载体的硬质相微观组织结构原位重构。本发明有效解决了金属陶瓷微观结构均质性和强韧化调控的难题。

摘要： 本发明提供了一种高膜基结合力的涂层梯度结构金属陶瓷及其制备方法，包括：1)以钛为主的元素周期表第4、5、6族金属元素中的碳化物、氮化物和氮碳化物中的至少一种；(2)通过球磨，造粒，压制，低压渗氮烧结的方法，制备出表面具有富Ti富N结构的金属陶瓷基体，该金属陶瓷具有表层区，过渡区以及内部均质区：表层区为无芯环结构的富钛富氮立方相化合物富集层，且该富集层存在贫钴结构；过渡区存在粘接相的富集；(3)经表面处理后，在该基体表面沉积具有立方晶体结构的金属氮化物硬质材料CVD/PVD复合涂层，涂层中的金属氮化物与基体具有共格/半共格界面，错配度低，且涂层呈现明显的择优取向，可显著改善金属陶瓷与涂层结合力差的问题。

摘要： 本发明提供了一种无Co相TiCN基金属陶瓷材料及制备方法，解决了有技术中的金属陶瓷材料中均含有Co，不能在无Co金属添加条件下，达到正常金属陶瓷相同的性能指标的技术问题。其制备包括下述重量百分比的主料：第一硬质相45%‑60%；第二硬质相25%‑30%；粘结相10%‑30%；AlN晶须0‑3%；各主料的重量百分比之和为100%；所述第一硬质相为TiCN颗粒；所述第二硬质相至少包括Mo2C颗粒，且所述Mo2C颗粒含量为第二硬质相总重量的50%‑100%；所述粘结相至少包括Ni，且所述Ni含量为粘结相总重量的80%‑100%。本发明不使用Co作为粘结相组成，但是能达到与正常金属陶瓷相同的性能指标。

摘要： 本发明公开了一种预合金粉末及添加预合金粉末的TiCN基金属陶瓷复合材料及其制备方法。所述预合金粉末，由以下重量百分比的组分组成：Ru为5~20%，Ti为17~30%，Ni为50~78%；所述预合金粉末的平均粒径为2.1~4.5μm。本发明的预合金粉末是以Ru、Ti、Ni单质金属为原料，先采用电弧熔炼法制备得到预合金熔体，然后将预合金熔体采用高压气体雾化方法得到，科学合理设计Ru、Ti、Ni的比例，严格控制熔炼和高压气体雾化过程的工艺参数，得到性能优异的预合金粉末；将其应用于金属陶瓷中能够细化晶粒，强化粘结相，改善并且提高金属陶瓷的力学性能。

摘要： 本发明属于金属陶瓷切削加工领域，公开了一种具有高硬度和高韧性的高熵碳化物增强TiCN基金属陶瓷及其制备方法和应用。所述金属陶瓷是将TiC0.7N0.3、WC、Ni、Co、Mo2C、VC、AlN和(Ta0.2W0.2V0.2Mo0.2Nb0.2)C高熵碳化物粉体一起球磨后得到混合粉末，干燥后经过干压和冷等静压成型，用碳粉全包裹住坯体，在1450‑1600°C烧结并保温制得；所述(Ta0.2W0.2V0.2Mo0.2Nb0.2)C高熵碳化物粉体通过Ta2O5、V2O5、WO3、Nb2O5、MoO3、C六种粉体混合球磨，干燥后在1600‑1700°C碳热还原法制得。

摘要： 本发明公开了一种用于TiCN金属陶瓷磨削的金刚石砂轮及制备方法，所述金刚石砂轮由金刚石砂轮环与铝基体组成，其中金刚石砂轮环的原料，按质量百分比计，由如下组份组成：金刚石颗粒：5‑15％，铜锡粉末：70‑80％，锡粉：6‑10％，NaCl颗粒：3‑8％；所述金刚石颗粒选自三型料或四型料，所述金刚石颗粒的粒径为30‑35μm。本发明所提供的金刚石砂轮具有很高的锋利度和保型性，磨削效率高。TiCN金属陶瓷材料经过磨削后表面质量好，不易出现烧伤，表面粗糙度低于0.1μm，采用该方法制备的砂轮成本低，磨削性能好，可大幅提高加工效率，降低TiCN金属陶瓷的加工成本。

摘要： 本发明涉及TiCN基金属陶瓷及其制备方法，属于金属陶瓷制备技术领域。本发明解决的技术问题是提供一种在高温烧结下陶瓷相晶粒可控的TiCN基金属陶瓷的制备方法，该方法包括混料、干燥、压制和无压烧结，通过调节混合粉料中TaC、NbC的含量可有效抑制高温烧结过程中TiCN基金属陶瓷中陶瓷相晶粒的粗化长大，得到细晶TiCN基金属陶瓷。本发明方法所需设备简单，操作快捷，制备周期短，成本低，可实现真空烧结制备高硬度、高强度TiCN基金属陶瓷。

摘要： 本发明提供了一种高膜基结合力的涂层梯度结构金属陶瓷及其制备方法，包括：1)以钛为主的元素周期表第4、5、6族金属元素中的碳化物、氮化物和氮碳化物中的至少一种；(2)通过球磨，造粒，压制，低压渗氮烧结的方法，制备出表面具有富Ti富N结构的金属陶瓷基体，该金属陶瓷具有表层区，过渡区以及内部均质区：表层区为无芯环结构的富钛富氮立方相化合物富集层，且该富集层存在贫钴结构；过渡区存在粘接相的富集；(3)经表面处理后，在该基体表面沉积具有立方晶体结构的金属氮化物硬质材料CVD/PVD复合涂层，涂层中的金属氮化物与基体具有共格/半共格界面，错配度低，且涂层呈现明显的择优取向，可显著改善金属陶瓷与涂层结合力差的问题。

摘要： 本发明一种弱芯环结构细晶均质TiCN基金属陶瓷及其制备方法，所述金属陶瓷中硬质相晶粒均匀细小，呈棱角圆滑的方形和近球形，平均晶粒度＜1.2μm，富Ti黑芯硬质相所占比例＜50％，黑芯平均尺寸＜0.5μm。其制备方法是，主要原料粉末包括TiCXN1–X、(Ti1–Y,WY)C、WC、Mo2C、Ni、Co、TaC和/或NbC，其中X＝0.5或0.7，Y＝0.1～0.4；采用高研磨分散效率的球磨—干燥—成形—压力烧结工艺制备；通过添加纳米(Ti1–Y,WY)C非饱和固溶体和调控配套制备工艺，在烧结过程中实现以(Ti1–Y,WY)C为核心载体的硬质相微观组织结构原位重构。本发明有效解决了金属陶瓷微观结构均质性和强韧化调控的难题。