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【摘要】4 l+ I) G9 ]% n& U4 V- x9 W
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。
# f: z( {3 [9 M 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。; f: j# u3 q: ?3 k# c; b* S' L* S
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。
X( J- w0 v* Y; f3 S3 s) z 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。5 I- ~/ P5 O* k+ d M
/ f) B+ r: x$ w: Z' D$ g
【关键词】TiCN基金属陶瓷，表面改性，压制性能，显微组织，性能6 L2 n; E& W" Z! L6 y- V. H5 k
, G0 c$ ~: n+ a: _' h y8 Z, [& v
$ B) v: K# a+ b. j
K( Y) z1 Q2 e+ T【目录】
! z* Q6 f/ ^1 P0 Y5 t- a第一章绪论1
, M2 n! I4 O" d7 T$ I$ S1.1欢CN)基金属陶瓷工具材料发展概况1* _$ s+ u+ |$ G. n$ z" d k
1.2Ti(CN)基金属陶瓷粉末成形剂的研究现状3
; n( B9 E- J6 V j8 d) e9 g/ k1.2.1橡胶类成形剂的研岁扭见伏33 S5 c+ `( ?# r" t& k2 v0 c
1.2.2石蜡类成形齐呵防聊状68 k$ r/ _% B; W) R3 F! S9 O
1.2.3水溶性聚…剖孵明滩剂的研究现状7
8 h" O$ u2 r2 t1.2.4三大类成形齐姓能的卜嗽8
9 G4 P7 w% @& s5 H1.3超细金属陶瓷粉末成形研究概况及发展展望9
" [' k, S8 P6 l1.3.1金属陶瓷超细粉末成形和成形齐呵防恕况96 n: T( I, o7 b" b1 G- P
1.3.2超细五(q礴毓嘱陶瓷滕翩眺刹开发的展望10
9 X) g/ _, O' \2 U d' E1.4Ti(CN)基金属陶瓷研究现状11
: o, K$ ]2 d7 s/ N W9 J( e1·4.l五(。刃基金属陶锹」备工艺12. i3 [7 `* N* ^+ ?
1.4.2五(。哟基金属陶瓷组织结构特征13
0 t$ u. }. X. d! Q1.4.3五(O用基金属陶瓷的性能16
" M* v5 D: d `: _1.4.4添加齐州组纤环唯能的影响18
4 G' S3 D; n3 F. Q8 }1.4.5表面梯度结构石归噢豁瞩陶瓷的研究19
: u! `; w$ W, e E" @( T4 r1.4.6超细五(。礴务嘱陶瓷的研究现状202 C8 V+ p. ?7 \1 J: K3 V0 z7 j
1.4.7五C(N)基金属陶瓷产」州搜肠盼跋展方向22
+ b+ l3 z1 r6 d1.5本文的研究目的与研究内容25* M8 w0 A* T9 c, i$ ~) Q
1.5.1本研究课题的来源25$ [- e. Y4 n. |1 g# k
1.5.2研究目崖环口意义26
" T/ W( P& Z t1.5.3主要研究内容27
( c }0 n$ }1 W: V2 v" t/ P第二章试验材料和试验方法28! c: C& q9 T5 G, s- m6 v* Y2 a' }% G$ d
2.1原料粉末和试验过程28% a4 K5 q: k G0 l: c* { a: G
2.1.1原料粉末28
/ E6 ^ q, a" I @9 M# f) q2.1.2金属陶瓷试样的韦咯298 u: G8 ~+ d( x ^, ^- Y- `
2.2参数测量及方法29
7 S0 W [4 |8 e6 i% H9 E( j2.2.1成形剂主要成粥对卜光谱分析297 [, |- X& T R$ i: I
2.2.2成形剂热裂解特胜的测定291 J- g" ~6 [) l% @
2.2.3化学成分分析30# v* }2 i9 y L# y
2.2.4料券绊占度的测定31
" @) K6 _: u7 @* A2.2.5超细粉末粒度的测定31' K. y. N2 m# P( ?% [6 a1 X8 J
2.2.6石粉末抗氧化幽幼柳徒31
$ K6 p' ?9 q D2.2.7粉末压市胜能的测定31/ s6 v- ~+ [: r: r9 \8 ?. y' T5 u; p
2.2.8名物理和力学断瓢(定32& v" i1 q: O: s4 L& j1 j8 G) T! P
2.2.9金属陶箫L隙度和习讹合碳的针瞅(定33: N: Q8 o( d* ]8 h6 F2 v
2.2.10粉末琅啸口组织结丰酬待征的观察34
; ^) ^$ }8 Y) F& v& s7 r) h2.2.11金属陶瓷的化学成分和相成分钡(定365 c1 U$ {# G1 N: a! y
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
, m! | u. }) |3 t# z3.1超细碳氮化钦和碳化钨粉末球磨效率的改进37
9 d, J8 d& D# d+ D; o3.1.1超细下(日哟和wC粉末的球磨试验37
?, r4 C4 L- k5 r% @/ Y5 k1 H3.1.2超细肠(日劝和wC粉体团聚和分散机理41
$ O R3 n/ | e) _. e; x f3.1.3圈础绷粉末团聚的途径和方法42$ R" |: B- g5 z) K6 H
3.2TiC(N)和WC表面物理包覆改性的抗氧化性能43
: G. U+ c3 W+ L6 m0 W% n! `3.2.1表面改胜川舒口改胜剂
& v( ~8 E# ]- w3.2.2超细五归哟和wC表面改吐的抗氧化吐能454 q' p2 ]- N6 v1 d4 K* A8 {
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
$ g7 C# J+ T/ U4.1超细金属陶瓷粉末的表面改性473 Y2 T! E' m/ Y% |2 `- z, o
4.1.1超细斜霭陶瓷粉末成形幽47
5 ^" E3 i5 i( u& M5 F+ w4.1.2超细肠(。均和WC粉体在干菊士程中硬团聚形成机理51- z: Q C9 y9 g7 O( P6 d
4.1.3超细剑禹陶瓷粉末的表面改性51& ~ F8 E5 f% {7 |& u! ~
4.2改性超细金属陶瓷粉末的压制性能54+ o1 o- U5 }! L, x
4.2.1改胜后超细金属陶瓷粉末的压玮胜能542 G8 ?% l/ C( z- m: _, n
4.2.2表面改性超细五(O礴骚嘱陶瓷粉末到肠佣59, e8 {; e6 w' J/ l2 u
第五章Ti(C哟基金属陶瓷磁学性能的研究62
) j$ @3 G3 V R: V: q, C o5.1Ti(CN)基金属陶瓷的磁学原理62
% A) h+ X6 ?1 u/ J6 H* H6 r5.2真空烧结对Ti(CN)基金属陶瓷磁学性能的影响65! u6 W% Z v8 M- p. Z1 T3 z2 j
52.1真空烧结对石(口劝基金属陶瓷磁学陛能的影响65
% O0 a4 [% u q) I522粘结相的晶格潮断口磁性能的关系68+ L3 w7 \3 i, D! |- {
5.3气氛烧结对Ti(CN)基金属陶瓷磁学性能的影响73- D, q. N9 [7 e* l5 l( Z
5.3.1烧结气称寸五(O哟基金属陶瓷合金成分的影响73
+ ~0 }& R3 Z) }8 F: H5.3.2烧结气氛对欢。哟基金属陶瓷磁胜能的影响75
8 }. Q6 A1 p7 E, C' F, e/ N- `5.3.3粘结相的晶格常数和磁陛能的关系78
6 B/ n$ \- X9 M' M* [2 a- }: S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817 S# v( q% |( Y2 e+ e1 b
6.1烧结气氛对金属陶瓷合金成分的影响81% ^- Q1 }, n5 i! J T0 d! T
6.2烧结气氛对金属陶瓷组织结构的影响82
# h$ w2 }: {6 o$ L, o6.3烧结气氛对金属陶瓷相成分的影响89. g2 g: v& c$ A
6.4烧结气氛对金属陶瓷物理和力学性能的影响91+ s( O8 z1 @! W8 u
第七章成分对TiC(N)基金属陶瓷组织结构和性能的影响925 M2 l! j* I" j" ~
7.1Co/(Co+N)i比对TiC(N)基金属陶瓷组织结构和性能的影响92
0 T* O1 f2 I, I4 d! t7.2Mo/(W+Mo)比对TiC(N)基金属陶瓷组织结构和性能的影响946 j" f9 t, P/ |7 c# Y
7.2.1wC和Mo加量对肠(卿)基金属陶瓷组织结构的秒向
+ U9 q, v0 ]! d+ i, P+ P# O& m$ h7.2.2Mo娜介MO)卜时五(。哟基金属陶瓷组织结构和性能的影响98
/ B7 V" c/ l: L, b3 d- [/ Y7.3N/(C+N)比对Ti(NC)基金属陶瓷结构和性能的影响101/ `6 J- K$ I+ ?2 |5 S" A
7.4抑制剂加入对Ti(CN)基金属陶瓷组织和性能的影响105
7 X# I- u0 l6 X7 y7.4.1 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105. f! o5 k) V. J# H X; l0 X3 Q
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: V" \; P% X. y9 a8 S. Q8 M7 k
7.5超细Ti(CN)基金属陶瓷刀具的使用性能109/ J7 N! p' C! e M. p7 ~% |
7.5.1超细五(q礴爵瞩陶瓷中试生产及合金胜能109/ Y W' k! W/ v8 D4 Y) t
7.5.2超细下归殡豁瞩陶瓷的切肖胜能110
, t& x0 \9 t3 Z( C; ?9 s第八章纳米Ti(CN)基金属陶瓷刀具材料的研究113
7 ^) U& b, H& g' t8.1纳米Ti(CN)基金属陶瓷烧结过程中的收缩行为113
/ Z7 W0 B+ x3 l+ Q8.2纳米Ti(NC)基金属陶瓷在烧结过程中的脱气反应117& B% V) Y- k4 l6 h8 K, H
8.3纳米Ti(C哟基金属陶瓷烧结过程中的相成分变化1181 m& B! E$ _5 [. B
8.4纳米Ti(C哟基金属陶瓷的组织结构演变125 i6 ?: ?2 z4 j! r# d1 P6 H
8.5纳米TiC(N)基金属陶瓷的物理和力学性能129
- F1 R+ j* h8 @第九章结论和展望132
' {& E. U {4 _3 z w9.1主要结论132! J/ O! A( o- t5 K x
9.2问题和展望1340 n& D0 `2 K* J2 Z
参考文’献135
) Y l: ?, D$ g. Y, h. h致谢153
# Q' {+ V% z- c: D, w; d& K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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