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納米TiN改性TiC基金屬陶瓷可轉位刀片研究

時間:2008-09-08瀏覽:353次收藏
納米技術是20世紀80年代末期誕生并崛起的新技術。納米粉體對現有材料的改性是當前國內外材料科學研究的一個熱點。在常規材料中添加納米顆粒可較大地提高材料的強度、硬度、韌性,也改善了材料的可加工性。在TiC—TiN—Ni—Mo系金屬陶瓷中添加納米TiN粉,就是出于這樣的設想,這對于作為刀具材料的金屬陶瓷來說具有重要意義。

1 納米TiN改性對TiC基金屬陶瓷力學性能的影響

采用粉末冶金的方法制取金屬陶瓷。納米TiN粉末經超聲分散后加入到混合粉末中去進行濕磨—干燥—造粒—壓制成壓坯,在真空爐中燒結成燒結坯。然后磨制成可轉位刀片。

2
a.抗彎強度

1
b.斷裂韌性

2
c.硬度

圖1 納米T添加量對材料力學性能的影響
納米TiN的添加量對材料的抗彎強度、斷裂韌性、硬度的影響見圖1。由圖1可知,在納米TiN添加重量小于4%時,抗彎強度、斷裂韌性的值隨添加量的增加而略有增加,而硬度變化不大。當添加量繼續增加時,三者都有較明顯的增加。在添加重量為6%時,斷裂韌性和硬度達到最高值。添加重量為8%時抗彎強度達到最高值,隨后三者都降低。
納米TiN添加重量小于4%時,力學性能變化不明顯,甚至下降,是由于TiN納米顆粒在高溫液相(主要是 Ni、Ti還有部分的N、C)的溶解度較大,加上納米顆粒的高表面能和高表面活性,可以認為在燒結后殘留不多,因此起強韌作用不大。同時由于其造成孔隙、雜質等負面影響,可能導致材料的硬度下降。當納米TiN添加重量逐漸增加時,材料中實際存在的納米TiN顆粒不斷增多,其強韌的效果也逐漸體現出來了。當納米TiN添加重量大于6%時,斷裂韌性和硬度下降而強度上升,是由于TiN在TiC基金屬陶瓷中,可能與TiC、Ni、Mo形成固溶體(Ti、Ni、 Mo)(C、N)覆于TiN或TiC的表面,即所謂的“SS”相:也可能殘留下來作為硬質相。當它形成SS相時,可以阻止硬度相顆粒和粘結相之間各元素的擴散,起到細化晶粒的作用。但TiN本身的硬度較TiC低,而且在較高的溫度下易分解產生氮氣,所以在納米TiN添加量較大時,強度、斷裂韌性和硬度均有下降現象。
由上可知,納米TiN添加對材料有一定的改性效果,力學性能有明顯提高,各力學性能的峰值都分別對應一定的納米TiN的添加量。當添加重量為6%~8%時,可獲得較優的綜合力學性能。

2 納米TiN粉分散工藝的研究

納米粉具有極微小粒度、高比表面和高表面活性。在制備過程中,由于顆粒間存在范德瓦爾斯力和庫侖力,顆粒極易凝并、團聚形成二次顆粒,使粒徑增大形成軟團聚和硬團聚,最終失去超細顆粒所具備的功能。因此,必須通過物理、化學方法對納米粉體進行表面處理,使其在液體介質中充分分散,以發揮納米粉體應有的性能。
采用球磨和超聲兩種分散工藝。研究了用無水乙醇等有機物作為分散介質的分散特性和分散介質、表面活性劑種類及用量、分散體系PH值、超聲時間對分散效果的影響。找出了較優的分散體系組分和分散工藝參數。

3 切削性能研究

用自制的納米TiN改性的T

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