基于机械干态颗粒涂层技术制备cBN@TiN粉体

采用机械干态颗粒涂层技术分别制备了cBN@TiO_(2)(TiO_(2)包覆立方氮化硼)粉体和cBN@(TiO_(2)+C)(TiO_(2)+碳包覆立方氮化硼)粉体,然后在1600℃、N_(2)气氛下进行高温热处理制备cBN@TiN(TiN包覆立方氮化硼)粉体,研究了高温热处理前后粉体的物相组成与微观形貌以及高温反应机理。结果表明:机械干态颗粒涂层技术可以使纳米TiO_(2)和纳米TiO_(2)+C颗粒均匀包裹在cBN颗粒表面。在高温热处理过程中,TiO_(2)与cBN反应生成液相B_(2)O_(3),促进了cBN相变成六方氮化硼(hBN),cBN的高温稳定性差,以cBN@TiO_(2)为原料制备的cBN@TiN粉体颗粒表面形成由TiN相和hBN相组成的片状结构层;当存在碳时,TiO_(2)会优先与碳发生还原反应生成TiN,抑制B_(2)O_(3)的生成,从而降低cBN相变量,此时cBN的高温稳定性好,以cBN@(TiO_(2)+C)为原料制备的cBN@TiN粉体颗粒表面形成主要为TiN相的颗粒结构层。

固溶TaB2对HfB2-SiC陶瓷材料的组织结构与力学性能的影响

以HfO2、Ta2O5和B为原料,通过硼热还原法原位固溶TaB2制备出HfB2粉体,然后加入20vol%SiC,通过放电等离子烧结(SPS)制备HfB2-SiC复相陶瓷,探究固溶TaB2对陶瓷显微结构和力学性能的影响。结果表明,随着固溶TaB2含量的增加,合成HfB2粉体的粒径显著降低,HfB2-TaB2固溶体的晶格常数减小。在SPS烧结下,固溶不同含量TaB2的HfB2-SiC陶瓷粉均实现全致密,但随着固溶TaB2含量的增加,HfB2-SiC陶瓷材料的硬度和韧性略有降低。

TiB_2-B_4C陶瓷刀具切削Inconel 718合金的切削性能与磨损机制

采用热压烧结法制备了组成(体积分数,下同)为80%TiB_2-20%B_4C(TB2)和20%TiB_2-80%B_4C(TB8)的陶瓷并制成刀具,分别在切削速度为50 m·min-1和150 m·min-1下对Inconel 718合金进行切削加工,研究了陶瓷刀具的切削性能和磨损机制,并与YG硬质合金刀具的进行了对比。结果表明:TB2陶瓷的抗弯强度和维氏硬度均低于TB8陶瓷的,但断裂韧度比TB8陶瓷的高约26%;在两种切削速度下,TB2陶瓷刀具的寿命最长,约为TB8陶瓷刀具和YG硬质合金刀具的2倍;TB2陶瓷刀具后刀面和刀尖的磨损机制主要为黏结磨损,边界沟槽的形成机制主要为轻微崩刃和冷焊层剥落;TB8陶瓷刀具后刀面和刀尖的磨损机制主要为崩刃,边界沟槽的形成机制主要为崩刃和冷焊层成片剥落。

硼热还原法合成MeB2（Me=Zr,Hf,Ti,Ta）粉体研究进展

过渡金属硼化物陶瓷MeB2(Me=Zr、Hf、Ti、Ta)具有高熔点、高强度、高硬度、高热导和高电导等优异性能。合成高纯超细MeB2粉体对于进一步提升陶瓷性能至关重要。在众多合成MeB2粉体的方法中,硼热还原法避免了碳和金属杂质的引入,有望合成高品质MeB2粉体。本文回顾了硼热还原法合成MeB2粉体的研究进展,重点介绍了最近发展的两种合成亚微米ZrB2和HfB2粉体的硼热还原法:两步热处理结合中间水洗法和硼热还原结合原位固溶法。

MoSi_(2)添加量对放电等离子烧结α-Sialon陶瓷性能的影响

以Y_(2)O_(3)为烧结助剂,采用放电等离子烧结技术制备了以MoSi_(2)为第二相的α-Sialon陶瓷,研究了MoSi_(2)添加量(0~10%,质量分数)对陶瓷微观结构和性能的影响。结果表明:添加MoSi_(2)后,陶瓷中α-Sialon晶粒从等轴状变为长棒状,且随着MoSi_(2)添加量的增多,长棒状α-Sialon晶粒显著增多,长径比增大,当MoSi_(2)质量分数为10%时,晶粒尺寸呈现显著的双峰分布;当MoSi_(2)质量分数从0增加到10%时,陶瓷的相对密度由99.0%增加到99.7%,硬度由21.12 GPa降低到20.44 GPa,断裂韧度由4.80 MPa·m^(1/2)增加到6.13 MPa·m^(1/2);在干切削镍基高温合金时,添加质量分数10%MoSi_(2)的陶瓷刀具在达到磨损标准时的切削长度是未添加MoSi_(2)陶瓷刀具的1.5倍,可见该刀具切削性能优异,其主要磨损形式为后刀面磨损和沟槽磨损,主要磨损机理为黏着磨损和磨粒磨损。

Mo/Mo_(2)C对SPS制备TiC_(0.7)N_(0.3)基金属陶瓷刀具切削性能的影响

采用放电等离子烧结(SPS)制备了以TiC_(0.7)N_(0.3)为硬质相、Co-Ni为粘结剂、WC+Mo/Mo_(2)C+NbC为添加剂的金属陶瓷刀具材料,研究了Mo/Mo_(2)C对其物相组成、显微结构、力学性能、切削性能、磨损形貌与磨损机理的影响。结果表明,干式切削45钢,达到磨损标准时,添加Mo_(2)C的刀具寿命为230 min,为添加Mo的刀具寿命的2.3倍。两种刀具的主要磨损形式均为后刀面磨损、沟槽磨损和刀尖磨损,主要磨损机理为粘结磨损和氧化磨损。添加Mo_(2)C的刀具抗粘结磨损性能更好,因而刀具寿命更长。

以Ni/Al为助剂的TiB_2-B_4C陶瓷刀具制备及其切削钛合金性能研究

以Ni/Al为助剂在1800℃热压烧结制备了Ni/Al含量分别为0vol%(TB)、5vol%(TBNA5)和10vol%(TBNA10)的TiB_2-B_4C刀具材料,研究了其致密化机理、显微结构、力学性能和切削削钛合金(Ti6Al4V)的性能。结果表明,5vol%Ni/Al助剂的引入将TiB_2-B_4C的相对密度从80%提高到96%,所制备的TBNA5刀具的抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度分别为711 MPa、4. 6 MPa·m^(1/2)和22. 7 GPa,Ni/Al助剂的引入显著改善了TiB_2-B_4C陶瓷的致密化和抗弯强度,但是进一步增加Ni/Al助剂的含量(10vol%),将降低其抗弯强度和硬度。切削性能研究表明,与硬质合金刀具相比,Ti B_2-B_4C陶瓷刀具切削Ti6Al4V的初期磨损较快,但由于更好的高温性能,其后期磨损更慢,且磨损速率更加稳定,其主要磨损机理为粘结磨损和微崩刃,其中含5vol%Ni/Al助剂的TiB_2-B_4C陶瓷刀具有相对较好的切削性能。

晶粒向心取向织构化SiAlON陶瓷

采用放电等离子快速加热,通过外径限制环压缩法进行烧结–锻造,获得了晶粒向心取向的织构化SiAlON陶瓷,并对其显微结构、织构化程度和力学性能各向异性特点进行了分析。结果表明,SiAlON陶瓷棒状晶粒c轴(长轴)高度平行于圆柱样品的直径方向,形成辐射状取向。在垂直加压方向和平行径向的截面,SiAlON陶瓷晶粒的c轴与径向夹角的平均值分布为19.2°和9.9°,向心取向织构化程度为0.79。在垂直加压方向截面的硬度比垂直径向截面的硬度高12%左右,达到17.85 GPa;抗弯强度在断裂面垂直径向时比断裂方向平行径向高57%左右,为1 341 MPa;断裂韧性在裂纹扩展垂直径向时比平行径向的高74%左右,为6.27 MPa·m^(1/2)。

B_4C/TiB_2复相陶瓷硬度压痕的尺寸效应

研究了热压烧结的80%(体积分数,下同)B_4C/TiB_2和20%B_4C/TiB_2复相陶瓷的压痕形貌和硬度压痕的尺寸效应。与20%B_4C/TiB_2相比,80%B_4C/TiB_2具有更高的致密度和硬度,但是其断裂韧性较低。两个样品的硬度均显示出显著的硬度压痕尺寸效应(ISE),即随着载荷的增加硬度逐渐下降。但是对于80%B_4C/TiB_2样品,在载荷增加过程中出现的裂纹导致其硬度值在局部载荷范围内稍微增大。理论模拟结果表明,两个样品的ISE现象与所选定的理论模型都较为符合,其中用MPSR模型对硬度测量值的拟合最为准确,样品20%B_4C/TiB_2的ISE程度稍大于80%B_4C/TiB_2。根据理论模型,80%B_4C/TiB_2真实硬度比20%B_4C/TiB_2的高4.4~6.5 GPa。

含MgO–Gd_2O_3/Lu_2O_3烧结助剂的Si_3N_4陶瓷刀具的切削性能

通过热压烧结制备了以2%(质量分数)MgO–8%Lu_2O_3和2%MgO–8%Gd_2O_3为烧结助剂的2种Si_3N_4刀具(分别记作SN–L和SN–G)。以HT250为工件材料,对其切削性能进行了研究。结果表明:SN–G切削过程更稳定,刀具寿命更长,其有效切削长度约为2 600 m,是SN–L的2倍左右。两者后刀面磨损形貌没有明显差别,磨粒磨损和黏结磨损是主要的磨损机理。SN–G基体的晶粒较细小,增强晶粒的长径比较高,其抗弯强度和断裂韧性均比SN–L高10%左右,具有更高的晶界结合强度,在切削过程中不易发生晶粒脱落,因而刀具耐磨性更好,寿命更长。

反应热压烧结Si_3N_4–ZrSi_2–ZrN–BN陶瓷及其加工性能

以60%(质量分数)Si_3N_4和30%ZrB_2为主要原料、10%Al_2O_3–Y_2O_3为助剂,通过反应热压烧结制备可电火加工和机械加工的Si_3N_4基陶瓷。结果表明:在1 600℃氩气和真空环境下ZrB_2均可以与Si_3N_4发生完全的化学反应,获得Si_3N_4–ZrSi_2–ZrN–BN陶瓷。由于导电相ZrSi_2和ZrN的形成,Si_3N_4基陶瓷具有较优异的导电性能,适合电火花线切割加工。然而,在氩气和真空环境下反应生成的h-BN具有不同的显微形貌,导致在氩气环境下制备的Si_3N_4–ZrSi_2–ZrN–BN陶瓷具有良好的钻孔可加工性,在真空环境下制备的Si_3N_4–ZrSi_2–ZrN–BN陶瓷具有较差的钻孔可加工性。因此,在氩气下反应热压烧结制备的Si_3N_4–ZrSi_2–ZrN–BN陶瓷具备良好的可电火花加工和机械加工性能。

TaC对Ti(C_(0.7)N_(0.3))基金属陶瓷的物相、显微结构和力学性能的影响

为了制备高硬度高韧性的Ti(C_(0.7)N_(0.3))基金属陶瓷,采用1 600℃真空无压烧结制备了含TaC的Ti(C_(0.7)N_(0.3))-WC-Mo_(2)C-VC-AlN-Ni/Co系金属陶瓷,研究了不同TaC含量(0wt%、5wt%、10wt%、15wt%)对金属陶瓷的物相、显微结构、力学性能的影响。结果表明,随着TaC含量增加,Ti(C_(0.7)N_(0.3))(200)主峰逐渐向低角度偏移,环形相的厚度逐渐增大,金属陶瓷的维氏硬度和断裂韧性均先增大后减小。当TaC含量为10wt%时,核芯相细化,尺寸离散度最小,环形相发育更完整且均匀,金属陶瓷获得最高的维氏硬度和断裂韧性,分别为(17.79±0.15) GPa和(10.20±0.39) MPa·m^(1/2)。