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【摘要】% c$ y8 i4 c: j4 |! Q
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。
2 v1 N( K+ z+ C0 K! H5 x& R 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。
/ l; {7 Y) N0 u | 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。* K5 R8 a+ ~% n3 i4 |
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。
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/ p3 [) e* o5 D. P【关键词】TiCN基金属陶瓷,表面改性,压制性能,显微组织,性能
) p6 b7 u9 e- S# E3 i* b; F+ I) A) }9 _/ z. @- g: l0 u
" Q% o. D* k- p. n. x2 \2 ^3 a
; r" Q- n" U1 z' x8 V6 q4 |【目录】" B# F* C L/ |/ @4 Y% o
第一章绪论11 u, Q4 u2 X: z4 ]" t$ a
1.1欢CN)基金属陶瓷工具材料发展概况1& J- e+ j5 G# ^3 L/ J5 H
1.2Ti(CN)基金属陶瓷粉末成形剂的研究现状3, _0 Y, _% ?* i; `/ A
1.2.1橡胶类成形剂的研岁扭见伏3
8 t) {( z% K$ ^7 e# p1.2.2石蜡类成形齐呵防聊状6
8 \% @6 ]& o4 ]% o$ n1.2.3水溶性聚…剖孵明滩剂的研究现状7% W! G+ c6 H/ Y& j
1.2.4三大类成形齐姓能的卜嗽8
$ f: _5 O7 J' T+ {4 Y5 G1.3超细金属陶瓷粉末成形研究概况及发展展望92 [1 ~5 `. ^0 I$ w2 p8 y
1.3.1金属陶瓷超细粉末成形和成形齐呵防恕况9
) c3 a: P; K0 C* z" F: [1.3.2超细五(q礴毓嘱陶瓷滕翩眺刹开发的展望10$ [, p: i9 o+ \# W6 P
1.4Ti(CN)基金属陶瓷研究现状11
+ `! }/ C5 P& }+ U1·4.l五(。刃基金属陶锹」备工艺12! A& J- J( Y" t- P- q, @- e! i
1.4.2五(。哟基金属陶瓷组织结构特征13
$ l( u+ _3 Y. m) s+ o1.4.3五(O用基金属陶瓷的性能16
( `. _2 j% i |/ |2 o5 G: h* d1.4.4添加齐州组纤环唯能的影响18
) d6 l0 M; J! C7 ^/ k1.4.5表面梯度结构石归噢豁瞩陶瓷的研究19
( \& ?% f# P! y$ Z, B |3 U3 X5 d1.4.6超细五(。礴务嘱陶瓷的研究现状20
+ \7 r: C% U6 ~+ @$ |, V+ Q4 q- G1.4.7五C(N)基金属陶瓷产」州搜肠盼跋展方向220 ]' |/ I) x* G1 o6 n
1.5本文的研究目的与研究内容25
5 @8 u+ q$ A9 k# w/ A5 z0 @1.5.1本研究课题的来源25
7 ^" @8 a1 p$ x; f( k: f/ h5 f: s1.5.2研究目崖环口意义26: o+ J. t2 l( f
1.5.3主要研究内容27
: W0 `; A. M+ |第二章试验材料和试验方法28
# O/ b4 S0 _; l+ d' w2.1原料粉末和试验过程28
4 }5 {; k* m6 h2 q6 p# `3 W2.1.1原料粉末28
5 q. z5 ^" [7 U" \7 f! C# l2.1.2金属陶瓷试样的韦咯29
% g. J4 a5 O) v- y! ~2 r! j8 s. Q2.2参数测量及方法29. F3 M; d; C/ `: G4 u1 n
2.2.1成形剂主要成粥对卜光谱分析29& d o% H6 n2 @# O
2.2.2成形剂热裂解特胜的测定29
! u( O4 [' l% R, h; d2.2.3化学成分分析30
6 {3 n; Y4 ^ y5 [3 f3 @# P ?2.2.4料券绊占度的测定31
" d. I2 i* t6 z5 C) _2.2.5超细粉末粒度的测定31% x* X/ n0 V! v' `4 X- u
2.2.6石粉末抗氧化幽幼柳徒310 t" Z1 ?* C1 u8 q/ c) W
2.2.7粉末压市胜能的测定31( y, y' I( t& e, ~: T) i1 I) m
2.2.8名物理和力学断瓢(定32
7 ]; M( s* u. b- I' Z2.2.9金属陶箫L隙度和习讹合碳的针瞅(定33/ W7 Q/ m+ m2 c4 V8 ?
2.2.10粉末琅啸口组织结丰酬待征的观察34
8 C8 Y, J5 O; g5 ?2.2.11金属陶瓷的化学成分和相成分钡(定36, z1 `# x( l5 p& Z; {
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
# N: d: u1 [& [' O! Y, ~( p K3.1超细碳氮化钦和碳化钨粉末球磨效率的改进37. ]5 L7 G" h% Z' W9 ` b- B
3.1.1超细下(日哟和wC粉末的球磨试验37% s, P4 g; ]+ u* g* P# b% |9 X% C
3.1.2超细肠(日劝和wC粉体团聚和分散机理41. L }. z6 k3 r
3.1.3圈础绷粉末团聚的途径和方法42- V3 Q% ~. x6 C
3.2TiC(N)和WC表面物理包覆改性的抗氧化性能43 K) K. Z% Z. X! a# u' k5 b
3.2.1表面改胜川舒口改胜剂2 [+ w- k# M! N6 R$ U/ U
3.2.2超细五归哟和wC表面改吐的抗氧化吐能45
! C' t- V* o" A1 X" z" l+ N2 O9 R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+ N( l1 j. N- u6 H! s
4.1超细金属陶瓷粉末的表面改性473 D: y# a! Q& Q/ r7 s
4.1.1超细斜霭陶瓷粉末成形幽47; Y5 ?2 d6 E0 `' M# W6 c/ ]- ?8 R% e
4.1.2超细肠(。均和WC粉体在干菊士程中硬团聚形成机理51, Q% ]6 A3 N" }, u
4.1.3超细剑禹陶瓷粉末的表面改性51
& }3 J% ]& {2 F. L$ p4.2改性超细金属陶瓷粉末的压制性能54
0 n) A9 }( O; j4.2.1改胜后超细金属陶瓷粉末的压玮胜能541 l% _: G4 U% I0 f. q* k$ e! V) m
4.2.2表面改性超细五(O礴骚嘱陶瓷粉末到肠佣59
+ D% F& |# H0 Q: x第五章Ti(C哟基金属陶瓷磁学性能的研究62( y/ d$ T; d* }4 L5 c
5.1Ti(CN)基金属陶瓷的磁学原理62# _, v1 _2 N' ]
5.2真空烧结对Ti(CN)基金属陶瓷磁学性能的影响65
5 e7 {3 U' }8 {9 Z$ l52.1真空烧结对石(口劝基金属陶瓷磁学陛能的影响651 C7 l) s2 e" l7 y$ T
522粘结相的晶格潮断口磁性能的关系68! {, c( C* w/ B% m" c
5.3气氛烧结对Ti(CN)基金属陶瓷磁学性能的影响73
: e5 d) }& b: S& f/ s6 Z5.3.1烧结气称寸五(O哟基金属陶瓷合金成分的影响73, o" v0 U6 n1 k- D
5.3.2烧结气氛对欢。哟基金属陶瓷磁胜能的影响75
# y4 R' c. X- b* T+ h5.3.3粘结相的晶格常数和磁陛能的关系787 ^* W: c0 R! A# o+ ]( x! D, D
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
" @/ I7 t$ S) o* }6.1烧结气氛对金属陶瓷合金成分的影响81
6 l. b* e4 Z+ C6.2烧结气氛对金属陶瓷组织结构的影响82
2 g3 C& z* G' d# A/ W3 @6.3烧结气氛对金属陶瓷相成分的影响89
. G5 N, ^) X6 U" N: q& a6.4烧结气氛对金属陶瓷物理和力学性能的影响916 W8 L, M8 ^8 g
第七章成分对TiC(N)基金属陶瓷组织结构和性能的影响92
b0 J! Z; H. V" q* p- J7.1Co/(Co+N)i比对TiC(N)基金属陶瓷组织结构和性能的影响92
! S/ F2 W3 k% f/ P; C7.2Mo/(W+Mo)比对TiC(N)基金属陶瓷组织结构和性能的影响94$ ?4 x- _9 d+ N
7.2.1wC和Mo加量对肠(卿)基金属陶瓷组织结构的秒向 Z( o4 \ @% P8 s
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
' n/ `$ k& Z& Y$ |6 r7.3N/(C+N)比对Ti(NC)基金属陶瓷结构和性能的影响101
5 a% I% X9 f( g( O: ]7.4抑制剂加入对Ti(CN)基金属陶瓷组织和性能的影响105
2 D& K0 R V! O: N3 p% T% U+ w' s7.4.1 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1059 _& d1 m4 P4 u% W8 L( z/ W. N
7.4.2 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
& f' v) g |( O* m7.5超细Ti(CN)基金属陶瓷刀具的使用性能109
6 Y. _% h: i* P4 a0 U7.5.1超细五(q礴爵瞩陶瓷中试生产及合金胜能109' k* u U/ ]$ B% c( }/ e
7.5.2超细下归殡豁瞩陶瓷的切肖胜能110
& a2 L% |8 r" i4 o& k/ v6 M F第八章纳米Ti(CN)基金属陶瓷刀具材料的研究113
' n' V2 w; R9 V& r6 C' W+ Z8.1纳米Ti(CN)基金属陶瓷烧结过程中的收缩行为113
, f. ?6 F6 m) D& ?8.2纳米Ti(NC)基金属陶瓷在烧结过程中的脱气反应117
$ |5 w8 I, J H2 w3 L, Z5 R8.3纳米Ti(C哟基金属陶瓷烧结过程中的相成分变化118
1 \, j2 ^; }' t# L/ g1 \8.4纳米Ti(C哟基金属陶瓷的组织结构演变125; [6 Z( [+ n' O
8.5纳米TiC(N)基金属陶瓷的物理和力学性能129, E- |% u# {$ N9 _' @6 R% D
第九章结论和展望132* N1 L) U$ m) x* o
9.1主要结论132" l7 H1 V2 T) ~$ T" v: ~) U' p! h6 @
9.2问题和展望134
! M6 ]9 ?) l; H1 W: b参考文’献135
* T U3 {( |" d& B5 c+ `2 b3 H. P- {致谢153' ~/ D; u+ i0 F- J Z |
攻读博士学位期间科研项目和成果154 |
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