超细Ti（CN）基金属陶瓷粉末成形性能及刀具材料的研究

论文摘要

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Ti（CN）和WC粉末球磨料浆的粘度，提高了Ti（CN）和WC粉末的球磨效率。Ti（CN）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-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。 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。Ti（CN）基金属陶瓷压坯经过在Ar气氛、真空、N2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，钴磁（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N2气氛烧结造成金属陶瓷合金的表层显微组织不均匀，N2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；钴磁和矫顽磁力具有很强的正相关性。钴磁可以作为表征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。 本文首次系统研究了纳米Ti（CN）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Mo2C在1200℃消失，WC在1250℃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℃～100℃，一般真空烧结不能完全使纳米Ti（CN）基金属陶瓷合金完全致密，必须经过压力烧结。纳米Ti（CN）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

论文目录

• 摘要
• ABSTRCT
• 第一章 绪论
• 1.1 Ti（CN）基金属陶瓷工具材料发展概况
• 1.2 Ti（CN）基金属陶瓷粉末成形剂的研究现状
• 1.2.1 橡胶类成形剂的研究现状
• 1.2.2 石蜡类成形剂研究现状
• 1.2.3 水溶性聚合物类成形剂的研究现状
• 1.2.4 三大类成形剂性能的比较
• 1.3 超细金属陶瓷粉末成形研究概况及发展展望
• 1.3.1 金属陶瓷超细粉末成形和成形剂研究概况
• 1.3.2 超细Ti（CN）基金属陶瓷粉末成形剂开发的展望
• 1.4 Ti（CN）基金属陶瓷研究现状
• 1.4.1 Ti（CN）基金属陶瓷制备工艺
• 1.4.2 Ti（CN）基金属陶瓷组织结构特征
• 1.4.3 Ti（CN）基金属陶瓷的性能
• 1.4.4 添加剂对组织和性能的影响
• 1.4.5 表面梯度结构Ti（CN）基金属陶瓷的研究
• 1.4.6 超细Ti（CN）基金属陶瓷的研究现状
• 1.4.7 Ti（CN）基金属陶瓷产业化现状及发展方向
• 1.5 本文的研究目的与研究内容
• 1.5.1 本研究课题的来源
• 1.5.2 研究目的和意义
• 1.5.3 主要研究内容
• 第二章 试验材料和试验方法
• 2.1 原料粉末和试验过程
• 2.1.1 原料粉末
• 2.1.2 金属陶瓷试样的制备
• 2.2 参数测量及方法
• 2.2.1 成形剂主要成分红外光谱分析
• 2.2.2 成形剂热裂解特性的测定
• 2.2.3 化学成分分析
• 2.2.4 料浆粘度的测定
• 2.2.5 超细粉末粒度的测定
• 2.2.6 粉末抗氧化性能力的测定
• 2.2.7 粉末压制性能的测定
• 2.2.8 物理和力学性能测定
• 2.2.9 金属陶瓷孔隙度和非化合碳的金相测定
• 2.2.10 粉末形貌和组织结构特征的观察
• 2.2.11 金属陶瓷的化学成分和相成分测定
• 第三章 超细碳氮化钛和碳化钨粉末的球磨效率及表面改性
• 3.1 超细碳氮化钛和碳化钨粉末球磨效率的改进
• 3.1.1 超细Ti（CN）和WC粉末的球磨试验
• 3.1.2 超细Ti（CN）和WC粉体团聚和分散机理
• 3.1.3 降低超细粉末团聚的途径和方法
• 3.2 Ti（CN）和WC表面物理包覆改性的抗氧化性能
• 3.2.1 表面改性方法和改性剂
• 3.2.2 超细Ti（CN）和WC表面改性的抗氧化性能
• 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
• 4.1 超细金属陶瓷粉末的表面改性
• 4.1.1 超细金属陶瓷粉末成形性能
• 4.1.2 超细Ti（CN）和WC粉体在干燥过程中硬团聚形成机理
• 4.1.3 超细金属陶瓷粉末的表面改性
• 4.2 改性超细金属陶瓷粉末的压制性能
• 4.2.1 改性后超金属陶瓷粉末的压制性能
• 4.2.2 表面改性超细Ti（CN）基金属陶瓷粉末工业应用
• 第五章 Ti（CN）基金属陶瓷磁学性能的研究
• 5.1 Ti（CN）基金属陶瓷的磁学原理
• 5.2 真空烧结对Ti（CN）基金属陶瓷磁学性能的影响
• 5.2.1 真空烧结对Ti（CN）基金属陶瓷磁学性能的影响
• 5.2.2 粘结相的晶格常数和磁性能的关系
• 5.3 气氛烧结对Ti（CN）基金属陶瓷磁学性能的影响
• 5.3.1 烧结气氛对Ti（CN）基金属陶瓷合金成分的影响
• 5.3.2 烧结气氛对Ti（CN）基金属陶瓷磁性能的影响
• 5.3.3 粘结相的晶格常数和磁性能的关系
• 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
• 6.1 烧结气氛对金属陶瓷合金成分的影响
• 6.2 烧结气氛对金属陶瓷组织结构的影响
• 6.3 烧结气氛对金属陶瓷相成分的影响
• 6.4 烧结气氛对金属陶瓷物理和力学性能的影响
• 第七章 成分对Ti（CN）基金属陶瓷组织结构和性能的影响
• 7.1 Co／（Co+Ni）比对Ti（CN）基金属陶瓷组织结构和性能的影响
• 7.2 Mo／（W+Mo）比对Ti（CN）基金属陶瓷组织结构和性能的影响
• 7.2.1 WC和Mo加量对Ti（CN）基金属陶瓷组织结构的影响
• 7.2.2 Mo／（W+Mo）比对Ti（CN）基金属陶瓷组织结构和性能的影响
• 7.3 N／（C+N）比对Ti（CN）基金属陶瓷结构和性能的影响
• 7.4 抑制剂加入对Ti（CN）基金属陶瓷组织和性能的影响
• 3C₂的加入对Ti（CN）基金属陶瓷组织结构和性能的影响'>7.4.1 VC和Cr₃C₂的加入对Ti（CN）基金属陶瓷组织结构和性能的影响
• 2的加入对Ti（CN）基金属陶瓷组织结构和性能的影响'>7.4.2 TiB₂的加入对Ti（CN）基金属陶瓷组织结构和性能的影响
• 7.5 超细Ti（CN）基金属陶瓷刀具的使用性能
• 7.5.1 超细Ti（CN）基金属陶瓷中试生产及合金性能
• 7.5.2 超细Ti（CN）基金属陶瓷的切削性能
• 第八章 纳米Ti（CN）基金属陶瓷刀具材料的研究
• 8.1 纳米Ti（CN）基金属陶瓷烧结过程中的收缩行为
• 8.2 纳米Ti（CN）基金属陶瓷在烧结过程中的脱气反应
• 8.3 纳米Ti（CN）基金属陶瓷烧结过程中的相成分变化
• 8.4 纳米Ti（CN）基金属陶瓷的组织结构演变
• 8.5 纳米Ti（CN）基金属陶瓷的物理和力学性能
• 第九章 结论和展望
• 9.1 主要结论
• 9.2 问题和展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间科研项目和成果