Cr3C2基金属陶瓷制备技术及高温抗氧化性能的研究

论文摘要

本论文采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和能谱（EDS）等实验手段,系统地分析了Cr3C2基金属陶瓷的成分、制备工艺、组织结构和性能等之间的关系,并研究Cr3C2基金属陶瓷和Ti（C,N）基金属陶瓷高温氧化行为及氧化机理。首先综述了金属陶瓷制备技术和烧结理论的研究进展;简述了成分及添加剂对金属陶瓷组织和性能的影响;特别是对Cr3C2基金属陶瓷的研究现状进行了总结和评述;概述了材料的高温氧化及研究测试方法。在此基础上,指出了本文的研究目的和意义。对主要的烧结工艺参数对金属陶瓷组织和性能的影响进行了研究。结果表明:在1250℃×60min烧结条件下,烧结体具有较佳的力学性能和显微组织,其抗弯强度和硬度分别达到了1426MPa和91.5HRA,致密度高达98.5%,获得了优化的烧结工艺。采用优化的烧结工艺,进一步研究化学成分对金属陶瓷组织和性能的影响。试验发现:当Ni/Cr质量比为4:1,Cr3C2含量为75wt%时,添加0.3wt%C,可以使材料获得较佳的微观组织和较好的强韧性。研究了Cr3C2基金属陶瓷的高温氧化行为及其氧化机理。在750℃恒温空气中氧化100h时,所制备的Cr3C2基金属陶瓷的单位面积氧化增重为15.69×10-4 g·cm-2,氧化速率常数仅为3.67×10-5mg2·cm-4h-1,其高温氧化行为基本遵循对数规律。且在氧化后期,氧化速率主要受Cr3+在氧化膜中的扩散速率控制。另外,对Ti（C,N）基金属陶瓷的高温氧化行为及其氧化机理也进行了研究。在750℃恒温空气中氧化100h时,Ti（C,N）基金属陶瓷的单位面积氧化增重为33.52×10-4g·cm-2,氧化速率常数为11.21×10-5mg2·cm-4·h-1,其氧化行为遵循抛物线规律。且在氧化后期,氧化速率受外界氧离子通过氧化层向反应界面的扩散速率控制。将Cr3C2基金属陶瓷与Ti（C,N）基金属陶瓷的性能进行对比。得出如下结论:两种材料的力学性能相差不大,但Cr3C2基金属陶瓷表现出更加优异的高温抗氧化性能。经生产实践应用可知,Cr3C2基金属陶瓷具有较好的导电性、耐磨性、强韧性以及高温抗氧化性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 金属陶瓷的制备技术
• 1.2.1 粉末的制备方法
• 1.2.2 混料方法
• 1.2.3 成型方法
• 1.2.4 烧结
• 1.2.5 烧结理论的研究进展
• 1.3 金属陶瓷的组织和性能
• 1.3.1 组织结构特征
• 1.3.2 金属陶瓷的合金化
• 3C₂ 基金属陶瓷的研究进展'>1.4 Cr₃C₂基金属陶瓷的研究进展
• 1.5 材料的高温氧化
• 1.5.1 高温氧化简介
• 1.5.2 材料的高温氧化测试与研究方法
• 1.5.3 氧化热力学
• 1.5.4 氧化动力学
• 1.6 本文研究的主要内容及目的
• 1.7 本研究课题的技术路线
• 第二章 试验方案及方法
• 2.1 试验原料与成分设计
• 2.1.1 原料
• 2.1.2 成分设计
• 2.2 金属陶瓷制备技术
• 2.3 高温氧化试验
• 2.3.1 试样制备
• 2.3.2 坩锅的焙烧
• 2.3.3 实验过程
• 2.4 力学性能测试与组织分析
• 2.4.1 硬度及抗弯强度测试
• 2.4.2 组织分析
• 第三章 真空烧结工艺研究
• 3.1 前言
• 3.2 试验材料及试验方法
• 3.3 主要烧结工艺参数对金属陶瓷组织和性能的影响
• 3.3.1 烧结温度
• 3.3.2 保温时间
• 3.4 金属陶瓷真空烧结工艺的确定
• 3.5 本章小节
• 第四章 化学成分对金属陶瓷组织和性能的影响
• 4.1 前言
• 4.2 试验材料及试验方法
• 4.3 陶瓷相含量对金属陶瓷组织与性能的影响
• 4.4 Ni/Cr 质量比对金属陶瓷组织和性能的影响
• 4.4.1 力学性能
• 4.4.2 组织分析
• 4.5 碳含量对金属陶瓷组织和性能的影响
• 4.6 本章小节
• 3C₂基金属陶瓷高温氧化行为'>第五章 Cr₃C₂基金属陶瓷高温氧化行为
• 5.1 前言
• 5.2 试验材料及试验方法
• 5.3 试验结果与讨论
• 5.3.1 恒温氧化增重
• 5.3.2 氧化膜的组织与结构
• 5.3.3 氧化热力学
• 5.3.4 氧化动力学
• 5.3.5 氧化膜生长模型
• 5.4 本章小节
• 第六章 Ti（C,N）基金属陶瓷高温氧化行为
• 6.1 前言
• 6.2 试验材料及试验方法
• 6.3 试验结果与讨论
• 6.3.1 恒温氧化增重
• 6.3.2 氧化膜的组织与结构
• 6.3.3 氧化热力学
• 6.3.4 氧化动力学
• 3C₂ 基金属陶瓷与 Ti（C,N）基金属陶瓷性能对比'>6.4 Cr₃C₂ 基金属陶瓷与 Ti（C,N）基金属陶瓷性能对比
• 6.4.1 力学性能比较
• 6.4.2 高温抗氧化性能比较
• 6.4.3 使用性能测试
• 6.5 本章小节
• 第七章 全文总结
• 7.1 本文主要结论
• 7.2 本文的创新之处
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文