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【摘要】* o$ z# W4 C% m8 B& p2 P+ s
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。) E! w. t8 Y: E; c
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。
1 Q4 Y _- K; Q 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。
9 C8 _9 |4 o( M5 m1 @ 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。9 O3 E/ h9 X- n7 [3 j
8 G8 d; H8 c* }【关键词】TiCN基金属陶瓷，表面改性，压制性能，显微组织，性能/ X3 J" q- s7 |7 ], ?+ ?% q S
6 W$ B$ O! N1 ]/ n' V# I" g4 E5 ?
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/ G P8 m1 a$ r( m8 w3 | B6 [( n
【目录】
# d$ g; ]/ k# R/ I5 k6 W' T3 v第一章绪论15 p' \7 t9 q) f9 g8 l
1.1欢CN)基金属陶瓷工具材料发展概况1
9 x2 L2 M0 M2 O) Q# r1.2Ti(CN)基金属陶瓷粉末成形剂的研究现状3
- w4 r8 a2 ~: ], w- C2 x1.2.1橡胶类成形剂的研岁扭见伏3
, T8 k' h2 S" o6 I0 ?" e; o _; s1.2.2石蜡类成形齐呵防聊状6
/ `" S' n- \) @4 D! x2 {/ V: p5 E& ^1.2.3水溶性聚…剖孵明滩剂的研究现状7
" @( u5 @/ \5 d9 ]1.2.4三大类成形齐姓能的卜嗽8
: `7 u, X" ?4 }- \1.3超细金属陶瓷粉末成形研究概况及发展展望9
9 }) f) x; ]0 i# T1.3.1金属陶瓷超细粉末成形和成形齐呵防恕况9
1 z3 S. P# V7 d8 D1.3.2超细五(q礴毓嘱陶瓷滕翩眺刹开发的展望109 }4 V1 z# ^* S
1.4Ti(CN)基金属陶瓷研究现状113 Y3 X$ L8 E& }; l6 K0 n# h
1·4.l五(。刃基金属陶锹」备工艺128 a5 m3 d, m9 ]: G
1.4.2五(。哟基金属陶瓷组织结构特征13
1 k7 |1 }9 ?' ]; t, |& ^1.4.3五(O用基金属陶瓷的性能16+ U7 W+ L# ~. w G: \) H
1.4.4添加齐州组纤环唯能的影响18/ g( w& X6 V0 S' I, y$ s. {
1.4.5表面梯度结构石归噢豁瞩陶瓷的研究19
6 P% Q9 [" s0 |( D1 F1.4.6超细五(。礴务嘱陶瓷的研究现状20$ Z# z: A) g, L, b/ @
1.4.7五C(N)基金属陶瓷产」州搜肠盼跋展方向22
6 b9 i( T1 Q8 `; d7 B9 t( l1.5本文的研究目的与研究内容25
- C$ P* n9 Q7 ]+ V1.5.1本研究课题的来源25
9 `2 p* s0 r2 d" R6 H; L8 \1.5.2研究目崖环口意义26. n4 }8 `5 W7 k9 t
1.5.3主要研究内容27& f% I+ O6 L% t) h
第二章试验材料和试验方法28
5 i: D6 k1 ^ } S' N! O2.1原料粉末和试验过程280 o. ~- j/ k0 R$ K* L" U* R2 F7 Z
2.1.1原料粉末28
% n2 f/ K0 m& t3 @* V2.1.2金属陶瓷试样的韦咯296 k, ]2 a, s2 S3 i, b
2.2参数测量及方法29& s+ x3 S& m8 A- D$ C3 J: J% y4 V- b
2.2.1成形剂主要成粥对卜光谱分析29
7 d# A5 j2 M3 a N2.2.2成形剂热裂解特胜的测定29
' k3 L) |/ n k9 R$ j1 B1 ?' O2.2.3化学成分分析30$ h, W8 O" U f1 O& ^/ S2 t
2.2.4料券绊占度的测定31
4 K( K2 t4 o, Z$ M5 q8 v& z s2.2.5超细粉末粒度的测定316 g+ c( i( z5 d: R3 k x2 `
2.2.6石粉末抗氧化幽幼柳徒31$ E2 E8 |0 }* \. {# W1 {
2.2.7粉末压市胜能的测定319 x. [4 a& ~1 ^ G
2.2.8名物理和力学断瓢(定326 g* a9 K: v- M+ R( a
2.2.9金属陶箫L隙度和习讹合碳的针瞅(定33
1 h0 q+ z9 ?! o. E4 P7 f2 T# ]7 l2.2.10粉末琅啸口组织结丰酬待征的观察34
' x/ g/ @. w& l- m( ^" k2.2.11金属陶瓷的化学成分和相成分钡(定365 O- t6 k% j" {; M6 V( e1 U( A
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, Y$ T, u( w3 {: v
3.1超细碳氮化钦和碳化钨粉末球磨效率的改进37
4 u( m: z: j K; e4 i3 R: Y- A3.1.1超细下(日哟和wC粉末的球磨试验37+ s$ z; O7 p2 r& `- ]) h! |
3.1.2超细肠(日劝和wC粉体团聚和分散机理411 D8 F! s. s* Y: [5 S+ @' u
3.1.3圈础绷粉末团聚的途径和方法42$ ?, y' E; y' l+ p' j
3.2TiC(N)和WC表面物理包覆改性的抗氧化性能43
. h% U* W; p7 [3.2.1表面改胜川舒口改胜剂
2 X2 |- \+ I) E: b6 U/ B5 H3.2.2超细五归哟和wC表面改吐的抗氧化吐能458 t' [ H& e# [3 J5 f/ _
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
7 X7 H; A5 Y. I8 i& J& b4.1超细金属陶瓷粉末的表面改性47
6 q9 Q: D6 u% s% y4.1.1超细斜霭陶瓷粉末成形幽47( w, c; J$ r/ M4 h2 j" E+ k
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
1 \1 d+ S, ~: m4.1.3超细剑禹陶瓷粉末的表面改性51
' _! d1 k) [' l2 d0 X! I4.2改性超细金属陶瓷粉末的压制性能54 R1 Q$ y6 k. k" J' ]4 v/ z L" W# m
4.2.1改胜后超细金属陶瓷粉末的压玮胜能54
9 V( h, E" u0 g9 U1 m4.2.2表面改性超细五(O礴骚嘱陶瓷粉末到肠佣598 |8 \8 C: L; @8 a- f$ P
第五章Ti(C哟基金属陶瓷磁学性能的研究626 r5 f q7 r0 k( r; x
5.1Ti(CN)基金属陶瓷的磁学原理625 @/ c# f& Y1 A
5.2真空烧结对Ti(CN)基金属陶瓷磁学性能的影响65
, u! ? T- i6 Y! u52.1真空烧结对石(口劝基金属陶瓷磁学陛能的影响65
- _; T( K) t' y' F: ~6 ^522粘结相的晶格潮断口磁性能的关系68
# E, C7 S3 y# G* L' j5.3气氛烧结对Ti(CN)基金属陶瓷磁学性能的影响73# U( B/ I) W3 l, L! y
5.3.1烧结气称寸五(O哟基金属陶瓷合金成分的影响73
, n( m0 T9 ?! b7 I% [" c/ e: {5.3.2烧结气氛对欢。哟基金属陶瓷磁胜能的影响75
5 E8 h0 a0 i% I$ ~4 C5.3.3粘结相的晶格常数和磁陛能的关系78
& r" B7 l: W3 X) L K+ W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+ s4 Y9 M: T z& ^* Q
6.1烧结气氛对金属陶瓷合金成分的影响81& n( J- r. E3 }$ i: u* v3 k
6.2烧结气氛对金属陶瓷组织结构的影响826 X4 e) W' ~- f) b2 e; O
6.3烧结气氛对金属陶瓷相成分的影响89& d( B; `1 i5 B
6.4烧结气氛对金属陶瓷物理和力学性能的影响91) J7 s" ^4 p2 X1 ^( o7 u
第七章成分对TiC(N)基金属陶瓷组织结构和性能的影响92
- ^9 T* L5 {4 K1 y0 Y b( w7.1Co/(Co+N)i比对TiC(N)基金属陶瓷组织结构和性能的影响92
& g% _* s6 Z8 l* s$ H7.2Mo/(W+Mo)比对TiC(N)基金属陶瓷组织结构和性能的影响94
# e; K+ p/ y4 ~7 `; H* _; h7.2.1wC和Mo加量对肠(卿)基金属陶瓷组织结构的秒向
; ~ O( J, {4 @; C7.2.2Mo娜介MO)卜时五(。哟基金属陶瓷组织结构和性能的影响98
/ p$ X; o! l2 |% A9 M8 c, c: s9 I1 A7.3N/(C+N)比对Ti(NC)基金属陶瓷结构和性能的影响101
3 Z% B3 k+ ^8 w. e+ f# A7.4抑制剂加入对Ti(CN)基金属陶瓷组织和性能的影响105 m5 h1 ~% F8 }' S3 }4 C/ ]
7.4.1 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1052 d* q9 ]9 ~. g" ?# W! {
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+ Q5 f, A) J' I. `7 q! r
7.5超细Ti(CN)基金属陶瓷刀具的使用性能109
5 o% `. Q, v4 d! l7 ?7.5.1超细五(q礴爵瞩陶瓷中试生产及合金胜能109" k' Z3 B( f7 u9 S
7.5.2超细下归殡豁瞩陶瓷的切肖胜能110$ M' {; s" ]) }" {9 H2 r1 q. j
第八章纳米Ti(CN)基金属陶瓷刀具材料的研究113
9 ?' O2 f+ I r9 C8 M8.1纳米Ti(CN)基金属陶瓷烧结过程中的收缩行为113
# ^- u% t9 B! X) a8.2纳米Ti(NC)基金属陶瓷在烧结过程中的脱气反应117+ f$ z' N& L+ q) u
8.3纳米Ti(C哟基金属陶瓷烧结过程中的相成分变化118# T2 ]( E1 s2 w( D) Q
8.4纳米Ti(C哟基金属陶瓷的组织结构演变125
4 A, N3 ]! X7 b3 I5 p- H" ^- X7 `8.5纳米TiC(N)基金属陶瓷的物理和力学性能129$ D+ k" ]& Q& ?0 y6 k& l
第九章结论和展望132; s4 m L* `8 }2 W8 X9 B
9.1主要结论132% a4 M# @' l2 z+ J3 N9 N5 [
9.2问题和展望134
) d* z) g: Y& b. c% b" ?参考文’献135
; I! A3 a/ g' D( y2 q' u, b致谢153" D6 R: p1 p E' d' i
攻读博士学位期间科研项目和成果154 |
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发表于 2008-6-13 21:35:24
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