Ti(C0.7,N0.3)基金属陶瓷化学成分、组织和显微硬度的表征及相关性研究与讨论

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本文借助X-ray衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、激光原位分析仪(LIBS-OPA)、碳硫分析仪、氧氮分析仪、激光粒度仪、辉光质谱分析仪、维氏硬度计等分析仪器和测试手段,系统地研究了Ti(C0.7,N0.3)基金属陶瓷工艺过程中两个环节化学成分、微观组织和显微硬度,并对三者的相关性进行了讨论。本文综述了Ti(C0.7,N0.3)基金属陶瓷的研究现状、生产工艺和发展趋势,以Ti(C0.7,N0.3)基金属陶瓷在两个重要的工艺阶段为脉络,研究结果如下:本文讨论了工艺过程中球磨混料阶段混料时间对混粉中平均粒径、粒度和形貌分布以及晶格常数的影响。在设计成分的基础上,将Ti(C0.7,N0.3)、WC、Mo2C、TaC、Ni、Co等原料粉末,按照成分质量比50%Ti(C0.7,N0.3)+15%WC+10%Mo2C+5%TaC+10%Ni+10%Co在球磨机中进行球磨混料。实验研究了通过球磨的物理方法制备的不同球磨时间的混合粉末(以下简称混粉)。结果表明,球磨时间24小时以后,其破碎的效率已经大大地降低,甚至有明显的团簇存在。在球磨过程中,C出现了损失。随球磨时间的延长,Ti(C0.7,N0.3)、Mo2C、WC、Ni、TaC的衍射峰出现了宽化的现象。说明,晶粒尺寸变小,有利于后续的烧结。为了准确分析Ti(C0.7,N0.3)基金属陶瓷混粉中气体杂质元素O、N的含量,本论文从分析功率、助熔剂、称样量、空白的影响以及校准方式等方面进行了详细的研究,建立了一种快速、准确的Ti(C0.7,N0.3)基金属陶瓷混粉中气体杂质元素O、N分析方法。实验结果表明,随着球磨时间的增加,混粉的平均尺寸逐渐减小,其比表面积不断增大,表面活性能增加,除与球磨介质(无水乙醇)和空气中的H2O、O2发生的氧化反应以外,由对球磨的混粉进行的XRD实验结果来看,Ti与氧的亲和力很强,氧原子进入到Ti(C0.7,N0.3)晶格中。因此,氧含量在不断的增加,然后趋势趋缓。氮的含量随着球磨时间的增加基本不发生变化。烧结是工艺中最重要的环节之一。本文对同一炉烧制的Ti(C0.7,N0.3)基金属陶瓷样品进行了分析,对其化学成分分布、微观组织结构和显微硬度进行了系统表征,并讨论了三者之间的关系。本文表征了轴向和径向方向样品的成分分布、微观组织结构和显微硬度分布。实验结果证明:在轴向和径向上,在两段位置的C含量均高于中心位置,而粘结剂Ni和Co在中心位置的含量则高于比边缘位置,其他的成分分布比较均匀。这是由于在烧结工艺中,烧结气氛中含有碳,发生了渗碳现象,导致了粘结相Ni和Co由表面位置向芯部发生了迁移。通过扫描电镜在背散射模式下,可以发现在中心位置的硬质相大颗粒分布要少于在边缘部位。在烧结过程中,粘结相充当着重要的传质介质,硬质相在粘结相中的溶解度是一定的。由于渗碳造成粘结相从表面向芯部转移,故而粘结相在表面位置的含量低于芯部,在表面的硬质相颗粒不能够继续溶解。因此,在边缘部位的硬质相颗粒较芯部的硬质相颗粒大。采用维氏硬度计,对样品进行面扫,发现中心位置的硬度明显低于边缘位置的硬度。同时,在中心位置的氧含量要显著高于边缘部位。说明,渗碳&氧含量与显微硬度的分布的存在着密切关系,在工艺过程应当严格控制。
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