ni含量和球磨时间对ti(c,n)基金属陶瓷性能的影响毕业论文(编辑修改稿)

ni含量和球磨时间对ti(c,n)基金属陶瓷性能的影响毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

eB2 ZrB2/Nb 断裂韧性高，热膨胀系数与钢相近 易拉罐的模具、铜的热挤压模、钢丝冷热拉模、锅炉热交换器的保护零件等 四川大学本科毕业论文 Ni含量和球磨时间对 Ti(C,N)基金属陶瓷性能的影响 5 (5)石墨或金刚石状的金属陶瓷：制造电触头所用的石墨 金属组合物材料可用于：发动机和电动机的金属电刷，其金属相为青铜或铜：低接触压力和较低摩擦速度下的滑动触头，金属相为银。 此外，这类材料还被广泛的用来制造制动器衬面和离合器衬片。 在金属基体内加入从粗的碎片状到细的粉末状的金刚石所组成的金属陶瓷，可制造抛光、研磨、切割、锯开、修整和整形工具。 Ti(C,N)基金属陶瓷的发展现状 Ti(C,N)基金属陶瓷的制备工艺 Ti(C,N)基金属陶瓷就是以 TiC、 TiN 或 Ti(C,N)为硬质相，以 Ni、 Gr、 Mo、 Co 等为粘结相，以 Mo2C、 WC(Ta、 Nb)C、 Gr3C VC 等粘接剂为原料，进行球磨、混磨，在一定的压力下压制成型，尔后在真空中烧结，其烧结温度一般控制在 1200℃ ～ 1600℃ 之间 [7]。 制取粉末是粉末冶金的第一步， Ti(C,N)基金属陶瓷是以 Ti(C,N)为主要硬质相， Mo2C、WC、 NbC 等为添加剂， Ni、 Co 等为粘接相构成材料，其粉末主要由 TiC、 TiC、或 Ti(C,N)、Ni、 Co、 Mo2C、 WC、 NbC 等组成。 粉末制备方法各式各样，以下介绍球磨法。 球磨法也有许多种，包括滚筒式球磨、震动球磨、行星式球磨、行星是式振动磨和搅拌球磨。 工业上常用滚筒式球磨，其工作原理是：筒体内装载一定量的研磨体，被磨物料从加入口加入，按工工艺要求对物料、水和研磨体进行适当配比。 当筒体回转时，研磨体在离心力的作用下，贴在筒体内壁与筒体一起回转上升，筒体内的物料受到研磨体的冲击和研磨作用而被粉碎。 其余研磨法原理就不再一一介绍。 在许多情况下，粉末成形前需要进行一定的处理，包括粉末的分散、筛分、混合、加成形剂、造粒等。 考虑到 TiN 易水解的特性，采用无水乙醇作为分散介质，采用球磨分散便可达到粉料均匀混合的目的。 筛分的目的是把颗粒大小不同的粉料进行分级，通常采用标准筛网制成的筛子或振动筛来身份。 混合有多种方法，其中机械混合法是用各种混和机将粉末或混合料机械的参合均匀而不发生化学反应，分为干混和湿混两种。 加成形剂是为了提高压坯的强度或为了防止粉末混合料离析而添加的物质，在烧结前或烧结时又将其去掉。 造粒是将小颗粒粉末制成大颗粒或团粒的工序，常用来改善粉末的流动性。 成型方法有多种，如模压成形、等静压成形等。 烧结的实质是粉末坯在适当的环境或气氛中受热，通过一系列的物理、化学变化，使粉末颗粒间的粘接发生质的变化，坯块的强度和密度迅速增加，其他物理、力学性能得到明显改善。 烧结工艺主要包括四个方面：升温过程、最高烧结温度与保温时间、降温方式以及气氛的控制。 烧结方法有真空烧结、气氛烧结、压力烧结等 [4]。 四川大学本科毕业论文 Ni含量和球磨时间对 Ti(C,N)基金属陶瓷性能的影响 6 Ti(C,N)基金属陶瓷的显微组织、性能特点 Ti(C,N)基金属陶瓷 ,一般使用粉末液相烧结制成的。 其显微组织较为复杂，主要由碳氮化物硬质相颗粒和金属粘接相组成。 其中，硬质相颗粒由 TiC/Ti(C,N)芯和其外围包覆的一层 (Ti,Mo)C/(Ti,Mo)(C,N)固溶体（ rim）组成 [8]。 如图 12 所示 : 图 12 Ti（ C、 N）基金属陶瓷的显微组织 TiC/Ti(C,N)核芯 :硬质相的内层组织（ core）。 TiC/ TiN 是形成 Ti(C,N)的基础，它们都具有 NaCl 型结构。 TiC/Ti(C,N)微观组织一般是呈大小不同的椭圆形及颗粒状，不易被侵蚀剂染色和腐蚀。 在正常的侵蚀条件下呈灰白色，若将试剂加热或延长侵蚀时间，白色的颗粒会变成暗色并会留下腐蚀坑。 硬质相的外层组织（ rim 相）是一种过渡相，它改善了粘结相对碳化物润湿性，使粘结相和硬质相比较好的结合，并抑制碳氮化钛晶粒的长大，有利于韧性的提高。 粘结相主要是 Ti(C,N)基金属陶瓷中的韧性相，是 Ti、 Mo、 C、 N 等元素溶入 Ni/Co 形成的固溶体。 力学性能主要包括弹性模量、抗弯强度、硬度、断裂韧性和冲击韧性等 [4]。 弹性模量 与其它固态材料一样，陶瓷材料的弹性模量也可用胡克定律来描述，即拉伸变形时应力 σ 与应变 ε的关系为 σ=Eε （ 11） 式中， E 为弹性模量。 剪切应变时，其剪切应力 τ 和剪切应变 γ 之间的关系为 τ=Gγ （ 12） 式中， G 为剪切模量。 弹性模量反应的是原子之间的微小变化所需要外力的大小。 表 14列出了一些 Ti(C,N)基金属陶瓷的弹性模量： 四川大学本科毕业论文 Ni含量和球磨时间对 Ti(C,N)基金属陶瓷性能的影响 7 表 14 部分 Ti（ C,N）基金属陶瓷的弹性模量 材料 E/GPa （ Ti、 Mo/W） (C,N) 450 （ Ti、 Mo/W、 Nb、 Ta） (C,N) 410 实验表明，陶瓷材料的致密度对弹性模量的影响量很大。 弹性模量的测试方法一般采用弯曲法，在弯曲实验中，由于加载方式的不同，又分为三点和四点弯曲加载。 抗弯强度 陶瓷材料的强度测试最普遍、最常见的是弯曲强度，弯曲强度也叫抗弯强度，是一个特的弹性梁受弯曲载荷断裂时最大的应力。 式样表面的粗糙度对所测定的弯曲强度值有很大的影响。 一般说来，表面越光滑强度越高。 弯曲强度的测试也分为三点弯曲法和四点弯曲法。 硬度 硬度是材料的重要参数之一，它是材料抵抗局部压力而产生变形能力的表征。 目前，用于陶瓷材料硬度测定的方法主要是金刚石压头加载压入法，其中包括维氏硬度、显微硬度和洛氏硬度。 断裂韧性和冲击韧性 陶瓷材料的断裂韧性是指陶瓷材料抵抗裂纹扩展的能力，又称断裂韧度。 陶瓷材料的裂纹扩展主要张开式裂纹模型，简称 I 型，根据 I 型弹性裂纹尖端附近的应力场分布，可求得陶瓷受张力 σ 使裂纹扩展，其强度因子 K1C用下式表示 cYK aIC  (13) Y 为无量纲因子，取决于加载方式、式样的几何形状和裂纹的几何尺寸。 ɑc 为裂纹长度。 其测试方法可分为单边切口梁法、压痕法。 与硬质合金相比， Ti(C,N）基金属陶瓷的机械、物理性能有其独有的优越性。 科研工作者对 Ti（ C,N）基金属陶瓷的组织、结构和性能进行了大量的研究 [10]，特别是各主要成份及各种添加剂的添加量、添加形式对合金组织结构、性能的影响以及各种物理冶金因素对合金组织结构、性能的影响进行了研究，得到了多种成分的 Ti(C,N)基金属陶瓷，其性能特点如下： (a)硬度很高，通常可达 HRA91～ 93． 5，有些可达到 HRA94～ 95，即可达到非金属陶瓷刀具硬度的水平。 (b)有很高的耐磨性和良好的抗月牙洼磨损能力，在高速切削钢制材料时磨损率极低，其耐磨性可比碳化钨基硬质合金高 3 到 4 倍。 (c)有较高的抗氧化能力，一般的硬质合金在 850～ 900℃ 时开始产生月牙洼磨损，而 Ti（ C,N）四川大学本科毕业论文 Ni含量和球磨时间对 Ti(C,N)基金属陶瓷性能的影响 8 基金属陶瓷的则为 1100～ 1200℃ ，高出了 200～ 300℃。 碳化钛氧化所形成的 Ti02 有润滑作用，所以氧化程度较碳化钨基合金低约 10％。 (d)高耐热性， Ti(C,N)基金属陶瓷的高温耐磨性、高温强度与高温硬度都比较好，在 1100～1300℃ 的高温下仍能进行切削。 一般来说，切削速度可比碳化钨基硬质合金高 2～ 3 倍，可达到 300～ 400m／ min，即使加工某些难以加工的高硬度材料，切削速度仍可达200rad/min。 (e)化学稳定好 ,Ti(C,N)基金属陶瓷刀具在切削时，刀具与工件接触面、切屑上会形成镍铝酸盐、 Mo2O3和氧化钛薄膜，它们都能够作为干润滑剂减小摩擦。 Ti(C,N)基金属陶瓷与钢不易产生粘结，在 700～ 900X3 时也未出现粘结情况，即不易产生积屑瘤，加工表面粗糙度较小。 Ti(C,N)基金属陶瓷的应用 Ti(C,N)基金属陶瓷是介于 WC 硬质合金和超硬质合金之间的一种新型刀具材料，工业金属陶瓷刀片被 Ti(C,N)基金属陶瓷所垄断，由于其具有优良的耐磨性（尤其是耐月牙洼磨损）和耐冲击性，课代替 WC 基硬质合金刀具加工普通碳钢、合金钢和铸铁，效果显著。 用作钢具精铣更是得天独厚。 且寿命比 WC 基、 Ni 基硬质合金高 1～ 4 倍。 它不仅适用于用作高速精加工的刀具，而且能满足钢材和韧性铸铁的半精加工、粗加工和间断切削加工，其 适用范围填补了 WC 基硬质合金和 AI2O Si3N4陶瓷之间高速精加工和半精加工领域。 目前， Ti(C,N)基金属陶瓷应用于加工领域已成为现实，已制成各种微型可转位刀具，用于精镗孔和精孔加工及 ―以车代磨 ‖等精加工领域，且由于 Ti(C,N)基金属陶瓷有低密度、低摩擦系数、高耐磨性以及稳定的高温性能，还可用于：各类发动机的高温部件，如小轴瓦、叶轮根部法兰、阀门、阀座、推杆、摇臂、偏心轮轴、热喷嘴以及活塞环等。 也可用于石化工业中各种密封环和阀门，还适合做各种量具，如滑规、赛规、环规。 Ti(C,N)基金属陶瓷还具 有良好的耐酸碱腐蚀性能，其耐蚀性能明显优于 YG8 硬质合金，可用于石油化工、化纤工业 [10]. Ti(C,N)基金属陶瓷的发展趋势 Ti(C,N)基金属陶瓷作为一种新型刀具材料，其使用范围填补了 WCCo 基硬质合金与陶瓷刀具之间的空白，是目前人们研究的最成功的 WCCo 基硬质合金的替代品，除用于刀具材料之外，还可用于拉丝模、各类发动机的高温部件以及石化工业中的各类密封件 [12]。 就目前看来，金属陶瓷主要应用于切削加工领域，在此领域，完全取代硬质合金是有可能的。 但是，如图硬质合金的发展一样，新材料的应用不会只局限与切削加工领域。 随着材料不断发展以及相关科技不断进步，是 Ti 基金属陶瓷应用于切削加工领域已成为现实。 除此之外，基本的应用还在于材料的耐磨性。 但与硬质合金不同，低密度、低摩擦系四川大学本科毕业论文 Ni含量和球磨时间对 Ti(C,N)基金属陶瓷性能的影响 9 数、高耐腐蚀性以及温度的高温性能，其应用范围更加广泛。 21 世纪是高科技的世纪，高科技的发展促进了金属陶瓷复合材料的发展。 目前，金属陶瓷的发展主要集中在一下几个方面： （ 1）新材料的研究与开发。 主要有三方面，硬质相正在向多样化发展，致力于开发新型硬质相和复合硬质相等；作为粘结相的金属或合金种类不断增多，以资源丰富的金属代替资源短缺的金属（如用 Ni 代替 Co）；相成分逐渐拓宽，硬质相和粘结相含量不断突破以前研究的范围。 （ 2）超细晶粒和纳米级金属陶瓷 总之，努力降低成本，不断提高其强度、韧性和高温性能等仍是 Ti(C,N)基金属陶瓷今后发展的基本趋势，但尚有许多问题需要解决，如材料制备中的组分设计、反应机理的研制，制造方法和加工工艺的优化、性能和结构的分析等。 利用飞速发展的计算机技 术，对材料的结构形成过程和破坏过程进行模拟和预测，对材料的宏观结构和微观结构进行真实分析，再根据实验结果建立数学模型并加以验证，进行材料优化设计、降低成本、提高性能、促进大规模生产、拓展其民用领域是亟待解决的问题，采用纳米改性技术是发展的主要方向之一 [4]。 虽然 Ti(C,N)基金属陶瓷添加剂种类繁多，可形成多种系列的金属陶瓷，但总体而言，基本的系列仍然为 Ti(C,N)Ni/Mo 系和 TiCTiNMo2CNi 系。 Ti(C,N)基金属陶瓷中添加剂的作用组要是：改进硬质相的性能、强化粘结相、控制环形相的厚度及改进环形相的结构和性能、细化晶粒等。 最总达到提高材料的强韧性、高温耐磨性能等。 C 的加入量取决于原料中氧和钼的加入量。 随着 C 含量的增加，合金的组织细化，低C 含量的合金，其组织中的硬质相粗大，合金液相点温度随 C 含量的增加而降低，并且随着 C 含量的增加， W、 Mo、 Ti 等元素的溶解度降低。 随着 C 含量的增加，合金的强度合硬度增加，但当合金中出现大量游离的石墨时，其强度和硬度则会大大降低。 Ti(C,N)基金属陶瓷中 N 的作用主要表现为：显著影响 (Ti,Mo)(C,N)包覆相的生长过程和特征，随 N 含量的增加，可抑制包覆相的过度生长，从而细化碳化物相晶粒。 添加其它碳化物时，影响 W、 Mo、 Ta 在包覆相中的分布。 在 Ti(C,N)基金属陶瓷中， Mo 的。