金属陶瓷基体特性对TiAlN涂层微观结构和性能的影响

Ti(C,N)基金属陶瓷是以 TiC、TiN、Ti(C,N)等为基,Ni/Co为粘结剂,并添加 WC、Mo₂C、TaC、VC 等碳化物改善其组织性能,采用粉末冶金方法制备的多相固体材料,具有高红硬性、高耐磨性、低摩擦系数和低热导率,高的化学稳定性等优点。Ti(C,N)基金属陶瓷刀具对高速加工中软钢有很大的优越性:被加工工件表面尺寸精度和光洁度高,可实现以车代磨。在切削加工中,刀具的性能对加工表面质量和加工效率有着重大的影响。涂层具有高的耐磨性、耐热性、高的化学稳定性等优点,可使切削刀具的使用寿命大幅度提高。当前80%–90%以上的切削刀具都会涂层,而这些涂层工艺主要是针对硬质合金而设计的。金属陶瓷被视为硬质合金未来最有潜力的替代品。要实现Ti(C,N)基金属陶瓷对硬质合金的替代,Ti(C,N)基金属陶瓷的可涂层性、涂层过程中的生长机理以及金属陶瓷基体与涂层的匹配性需要系统的研究。涂层与基体材料两者总是相互影响,基体的化学成分与结构会直接影响涂层的形核生长,而涂层的结合强度与硬度等性能直接决定了涂层能否被运用。鉴于此,本文制备了不同WC含量的TiAlN涂层金属陶瓷,并采用微观组织观察、结合强度与纳米压痕检测和切削加工试验研究了不同WC含量的金属陶瓷基体对TiAlN涂层的微观结构与性能的影响。结果表明沉积在不同基体上的TiAlN涂层具有柱状晶粒结构。且随着WC的增加,TiAlN的强度比I₍₁₁₁₎/I₍₂₀₀₎和附着力逐渐增大。当基体中没有WC时,TiAlN涂层的择优取向为（200）晶面。 随着WC的加入,TiAlN涂层的择优取向变为(111)和(200)晶面。涂层与基体的结合强度最大的区别在于基体的微观结构和成分。含15wt% WC的金属陶瓷基体涂层的H/E和H3/E2最高,耐磨性最好。     

纳米TiO2/SnO2涂层制备与光阴极保护性能

采用溶胶凝胶法与浸渍提拉技术在304不锈钢表面上制备了纳米TiO2/SnO2叠层涂层。用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD）,X射线光电子能谱(XPS)对涂层表面形貌、晶体结构与组成进行了表征。通过测量稳定电位方法研究了涂层的光电化学性能和对不锈钢的光阴极保护特性。结果表明,所制备的纳米TiO2/SnO2叠层涂层表面连续、均匀致密;涂层中的TiO2为锐钛矿型,颗粒呈球形,平均直径约为35nm,SnO2为金红石型;涂层表面与内层均由Ti、Sn、O、C四种元素组成。纳米TiO2表面层与纳米SnO2中间层分别浸渍提拉4次制得的叠层涂层,紫外光照的光电化学效应、储存电子性能与光阴极保护作用最好,紫外光照1h的延时阴极保护作用可达7h。通过研究分析,提出了纳米TiO2/SnO2叠层涂层的光阴极保护作用机理。     

承钢高炉炉缸沉积物的形成机理

在热力学分析的基础上,研究了承钢高炉炉缸沉积物的形成机理。结果表明:承钢高炉炉缸沉积物中的高熔点物质主要为TiC及少量的Ti(N,C)、Ti(C,N)。炉渣中的TiO2与焦炭发生直接还原反应生成TiC,随着铁液的形成,渣中的TiC被铁滴吸附,包裹在铁滴周围。TiC包裹着铁液沉降到炉底形成炉缸沉积物;在渣-铁界面和铁水-炉底耐火材料界面,由于浓度梯度和温度梯度的存在析出Ti(N,C)、Ti(C,N),铁水和炉渣团聚在炉缸中形成炉缸沉积物。     

3岁儿童C4-C5颈椎有限元建模方法研究

使用缩放和非线性拟合的方法,获得了3岁儿童颈部材料参数;提出了一套儿童颈部韧带的力学特性缩放方法;开发了具有精确几何及解剖学结构的3岁儿童C4-C5颈椎段有限元模型,并在准静态、动态拉伸载荷下进行了验证.结果显示,准静态拉伸刚度为211.8N/mm,动态拉伸最终失效力为759.9N,最终失效位移为5.083mm,均与实验值吻合良好;动态拉伸力-位移曲线与实验曲线吻合较好.验证结果表明,本模型能够较准确地反映3岁儿童C4-C5颈椎段的准静态和动态拉伸力学特性,具有较高的生物逼真度.     

纳米TiO2/SnO2涂层的制备与光阴极保护性能

采用溶胶-凝胶法在304不锈钢表面制备了纳米TiO2/SnO2叠层涂层.通过测量稳定电位研究了涂层的光电化学性能和光阴极保护特性,用扫描电子显微镜、X射线衍射和X射线光电子能谱对涂层的表面形貌、晶体结构与组成进行了表征.结果表明:纳米TiO2表层与纳米SnO2内层分别浸渍提拉4次制得的叠层涂层具有最好的光电化学效应、储存电子性能与光阴极保护作用,紫外光照1h的延时阴极保护作用可达7h;纳米叠层涂层表面连续、均匀致密;TiO2为锐钛矿型,SnO2为金红石型;涂层表面与内层均由Ti、Sn、O和C元素组成.文中还探讨了纳米TiO2/SnO2叠层涂层的光阴极保护作用机理.     

控制双辉渗镀Ti(CN)膜保温时间的研究

运用双辉技术在20钢表面进行Ti、C、N三元共渗,研究如何控制通氮保温时间来获得不同组织结构的Ti(CN)渗镀层.结果表明:随通氮保温时间的增加,渗镀层表面的颜色由紫罗兰色逐渐变成金黄色,其厚度也迅速增加,可超过20μm;渗镀层内物相的构成也随之变化,保温0.5h渗镀层内无Ti(CN)形成,保温时间超过2h时,有Ti(CN)生成,且随保温时间的增长,其结构由TiC0.7N0.3变成TiC0.2N0.8;同时渗镀层与基体的结合力逐渐变大,最高可达70N左右.     

纳米改性金属陶瓷刀具切削参数优化

文章系统地讨论了 Ti( C,N)基金属陶瓷刀具及 YG8刀具切削灰铸铁时的失效形式和磨损机理 ,研究了切削用量、Ni含量及纳米改性对刀具耐用度的影响。结果表明 ,刀具耐用度随切削用量 f、ap及 vc的增大而降低 ,纳米 Ti N改性 Ti C基金属陶瓷刀具的效果明显 ,最后通过一元线性回归分析给出了 Ti( C,N)基金属陶瓷刀具耐用度的广义 Taylor公式。     

TiC在Ti2CS上形核生长的电镜观察及其取向关系的测定

为探讨与控制薄板坯连铸连轧工艺条件下碳化钛在钢中的析出行为,应用透射电子显微术(TEM)研究了纳米尺度TiC和Ti2CS析出相的结构及取向关系.结果表明,实验钢中Ti2CS的析出温度较TiC的高,先析出的Ti2CS可作为TiC的非自发形核地点.实验观察到细小TiC粒子在Ti2CS上生长的现象.电子衍射和X射线能谱(EDS)分析表明:TiC和Ti2CS之间的取向关系为{001}Ti2CS∥{111}TiC,〈100〉Ti2CS∥〈011-〉TiC.在TEM下还观察到以孪晶形式存在的TiC,孪晶面为(1-11-)面.总之,在钢中先行析出的Ti2CS和TiC粒子都可能成为新生成TiC的非自发形核地点,孪生和外延生长是TiC沉淀的两种重要机制.     

激光表面合金化制备TiC/Ti复合涂层的组织与性能

利用激光表面合金化技术在工业纯钛表面制备TiC/Ti复合涂层,并对复合涂层的组织与性能进行了分析和测试,对TiC的合成机理进行了探讨.研究结果表明,复合涂层由合金化层和热影响区组成.合金化层由TiC和α′-Ti构成,TiC的生长形貌包括树枝状、十字花瓣状、胞枝状以及针状,热影响区主要由α-′Ti构成.合金化层的平均显微硬度为HV 420.TiC的合成过程分为三个阶段:激光辐照时,固态C颗粒迅速扩散至激光熔池并被液态Ti包围;首先固-液结合界面处的Ti和C直接反应形成TiCx,随后液Ti扩散并穿过TiCx层与剩余的C进行反应,直至TiCx中C的浓度达到TiC中C的浓度,生成的TiC溶于液相中;快速凝固过程中,TiC从溶液中析出并长大.     

Al_2O_3基和Al_xTi_(1-x)N基复合涂层的电化学研究

采用动电位极化曲线和电化学阻抗谱方法,研究化学气相沉积方法制备的TiN/TiCN/TiAlCNO/Al_2O_3(简称Al_2O_3基)复合涂层,阴极电弧离子镀方法制备的Al_(0.55)Ti_(0.45)N/TiN(简称Al_(0.55)Ti_(0.45)N基)和Al_(0.67)Ti_(0.33)N/TiN(简称Al0.67Ti0.33N基)复合涂层在3.5%NaCl(质量分数)溶液中的电化学腐蚀行为。研究结果表明:Al_2O_3基、Al0.67Ti0.33N基和Al0.55Ti0.45N基复合涂层的孔隙率依次为0.34%,0.33%和0.02%,对基体的保护率依次为99.63%～99.91%,99.75%～99.93%和99.96%～99.99%;涂层合金耐腐蚀性能之间的差异实质上是涂层之间的差异;涂层耐腐蚀性能从高到低为Al0.55Ti0.45N(总厚度3.8μm),Al0.67Ti0.33N(总厚度6.3μm),Al_2O_3(总厚度15.1μm),其中总厚度最小的Al0.55Ti0.45N基涂层的耐腐蚀性能明显优于其他2种涂层的耐腐蚀性能;继续增大涂层厚度并不能进一步改善涂层对基体的保护效果和涂层的耐腐蚀性能。     

SiC/Ti(C,N)/Al2O3陶瓷复合材料的抗热震性能设计及其切削应用

抗热震性能是结构陶瓷材料的重要性能之一．以抗热震断裂参数表征材料的抗热震性能，采用理论与实验相结合的方法，建立了基于抗热震性能的陶瓷复合材料的组分设计模型，并采用计算机辅助优化设计技术求得材料的最优组分．结果表明：当Ti（C，N）和SiC的体积含量分别为10．4％和27．1％时，该材料具有最高的抗热震性能，比纯氧化铝陶瓷提高约55％．在此基础上，利用热压技术制得一种SiC／Ti（C，N）／Al2O3复合陶瓷材料．将该材料制成切削刀具，并在切削实验中通过设计切削条件使得刀具主要承受热载荷和热应力的作用，从而发生热）中击破损．实验发现，SiC／Ti（C，N）／Al2O3复合陶瓷刀具切削淬火钢时的抗热）中击破损性能较纯Al2O3陶瓷提高约62-68％，与抗热震性能设计的理论预测基本吻合．这表明，该设计方法是可行的．     

Si3N4-Ti(C0.12N0.88)复合材料的制备与性能

在Si3N4基体中添加第二相粒子Ti(C0.12N0.88），研究Ti(C0.12N0.88）添加量对Si3N4-Ti(C0.12N0.88）复合材料性能的影响。结果表明，在Si3N4-Ti(C0.12N0.88）复合材料中，Ti(C0.12N0.88）在Si3N4基体中能够稳定存在，并能起到增韧初强的作用，添加适量的Ti(C0.12N0.88），Si3N4-Ti(C0.12N0.88）复合材料的抗弯强度和断裂韧性都有不同程度的提高。     

Al_2O_3 弥散 Ti(C,N)基金属陶瓷刀具

在Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）基金属陶瓷中，通过加入Ａｌ２Ｏ３弥散颗粒，使材料的硬度和高温性能都得到提高，从而获得更好的切削耐磨性。研究结果表明：Ａｌ２Ｏ３的引入使Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）基金属陶瓷的常温强度和韧性有所下降而硬度和高温力学性能得到了改善。切削试验表明：Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）－Ａｌ２Ｏ３系金属陶瓷比硬质合金、Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＣ复合陶瓷刀具有更好的切削性能。ＳＥＭ观察表明：在Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）－Ａｌ２Ｏ３金属陶瓷中，Ａｌ２Ｏ３与Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）有相互抑制晶粒生长的作用，使Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）基金属陶瓷的晶粒更细化     

颗粒增强钛基复合材料持久性能研究

目的研究颗粒增强钛基复合材料的持久性能,了解其影响因素。方法以TP-650钛基复合材料(属Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb系合金)为研究对象,材料经过热处理后,加工成Ф5mm标准的持久实验试样,利用Bn-2持久试验机,在650℃/220MPa、650℃/300MPa、600℃/220MPa、600℃/300MPa条件下进行持久试验,采用Olympus光学显微镜观察钛基复合材料的组织。用Gatan Mode 600B双喷离子减薄机制备TEM试样,在JEOL JEM-200CX透射电镜下进行观察,研究了持久过程中裂纹的形成、位错、TiC颗粒的行为对材料持久性能的影响。结果及结论在持久过程中,复合材料的断裂裂纹萌生及扩展和TiC颗粒密切相关,持久断裂过程是空洞在TiC/Ti界面和晶界上形成、长大、相互合并成晶界裂纹的过程,TiC颗粒以及α、β相中位错可以改变裂纹的扩展方向,从而改善材料的持久性能。     

增强体TiB和TiC在Ti中的原位生成

分析了增强体ＴｉＢ和ＴｉＣ在Ｔｉ中的原位生成原理,研究了利用Ｂ４Ｃ粉末与海绵Ｔｉ混合熔炼制备钛基复合材料的技术．结果表明,ＴｉＢ和ＴｉＣ以纤维状或树枝状的形式在Ｔｉ中生长,且分布均匀．     

Mechanism of brittle-ductile transition of a glass-ceramic rigid substrate

The hardness, elastic modulus, and scratch resistance of a glass-ceramic rigid substrate were measured by nanoindentation and nanoscratch, and the fracture toughness was measured by indentation using a Vickers indenter. The results show that the hardness and elastic modulus at a peak indentation depth of 200 nm are 9.04 and 94.70 GPa, respectively. These values reflect the properties of the glass-ceramic rigid substrate. The fracture toughness value of the glass-ceramic rigid substrate is 2.63 MPa?m1/2. The material removal mechanisms are seen to be directly related to normal force on the tip. The critical load and scratch depth estimated from the scratch depth profile after scratching and the friction profile are 268.60 mN and 335.10 nm, respectively. If the load and scratch depth are under the critical values, the glass-ceramic rigid substrate will undergo plastic flow rather than fracture. The formula of critical depth of cut described by Bifnao et al. is modified based on the difference of critical scratch depth     

Ti3SiC2/TiC复合材料的制备及力学性能研究

弓网系统中,各种类型的受电弓滑板承担着传输电能的重要功能,其严酷的工作条件对受电弓滑板材料的性能提出了非常苛刻的要求。目前最主要的受电弓滑板有：粉末冶金滑板,纯碳滑板和浸金属碳滑板。其中碳滑板材料性能较好但价格昂贵,粉末冶金滑板材料价格便宜,但性能明显逊于前者。Ti3SiC2/TiC是一种兼具陶瓷与金属性质的新型材料,与碳滑板材料相比,其电阻率低,且具有良好的抗氧化性和自润滑减摩性,因此Ti3SiC2/TiC将可能成为一种工艺简单、成本更低、而性能则更高的新型受电弓滑板材料。本研究以Si、Ti和C为原料,利用熔渗反应烧结技术制备出Ti3SiC2/TiC复合材料,研究结果表明,制备样品的弯曲强度与硬度分别达到 423MPa~564MPa 和169~249HB。同时,本文对Ti3SiC2/TiC复合材料的断裂机理进行了研究。     

Mechanism of brittle-ductile transition of a glass-ceramic rigid substrate

The hardness, elastic modulus, and scratch resistance of a glass-ceramic rigid substrate were measured by nanoindentation and nanoscratch, and the fracture toughness was measured by indentation using a Vickers indenter. The results show that the hardness and elastic modulus at a peak indentation depth of 200 nm are 9.04 and 94.70 GPa, respectively. These values reflect the properties of the glass-ceramic rigid substrate. The fracture toughness value of the glass-ceramic rigid substrate is 2.63 MPa·m1/2. The material removal mechanisms are seen to be directly related to normal force on the tip. The critical load and scratch depth estimated from the scratch depth profile after scratching and the friction profile are 268.60 mN and 335.10 nm, respectively. If the load and scratch depth are under the critical values, the glass-ceramic rigid substrate will undergo plastic flow rather than fracture. The formula of critical depth of cut described by Bifnao et al. is modified based on the difference of critical scratch depth     

Al2O3/Ti(C，N)-Ni-Ti陶瓷刀具的切削性能

研究了Al2O3/Ti(C,N)-Ni-Ti陶瓷复合刀具对淬硬35CrMo合金钢进行连续干切削时各切削参数对切削力的影响.结果表明:切削深度对切削力的影响最显著,切削速度的影响最小.对比研究了Al2O3/Ti(C,N)和Al2O3/Ti(C,N)-Ni-Ti陶瓷刀具的耐磨性能和磨损形态:后者的耐磨性能明显优于前者,其中Al2O3/Ti(C,N)-5%(Ni,Ti)的耐磨性能最高.Al2O3/Ti(C,N)-Ni-Ti刀具的磨损形态主要表现为后刀面的磨粒磨损和疲劳磨损,由于这种材料具有较高的弯曲强度和断裂韧性,能有效防止前刀面出现崩刃破损现象,因此具有较高的可靠性,适用于高速切削.在高速切削条件(ap=006mm,vc=2549m/min,vf=009mm/r)下,Al2O3/Ti(C,N)-5%(Ni,Ti)刀具的切削耐用度为150min.     

TiC、TiN、Ti（C、N）粉末制备技术的现状及发展

综述了国内外近年来TiC、TiN、Ti(C、N）粉末的制备技术，分析了这些制备技术的工艺过程和工艺特点，讨论了存在的问题和发展趋势，寻求成本低廉的原材料，利用等离子、微波、激光、电弧等获得高温的新技术，并结合自蔓延合成、机械合金化等手段，低成本规模化制备高质量TiC、TiN、Ti（C、N）超细粉体正成为国内外关注的热点。随着研究深入和制备工艺的改进发展，更简便、经济、有效的制备技术将使TiC、TiN、Ti（C、N）粉末具有更广阔的工业应用前景。