碳納米管增強(qiáng)Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具材料的研究.pdf

1、本文采用常用的粉末冶金方法（真空熱壓燒結(jié)）制備了Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具材料，以 Ti(C,N)為主要原料，Mo、Ni為金屬粘結(jié)劑，VC、Cr3C2為硬質(zhì)添加相，C粉為除氧添加劑，并采用掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）、X-射線衍射（XRD）等試驗手段研究了碳化鎢（WC）和碳納米管（CNTs）的含量及燒結(jié)工藝對Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具材料顯微組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。
　　概述了Ti(C,N)基金屬陶瓷材料的發(fā)展過程

2、、性能和應(yīng)用以及組織結(jié)構(gòu)特點，并指出了 Ti(C,N)基金屬陶瓷的研究進(jìn)展；同時概述了碳納米管及其增強(qiáng) Ti(C,N)基金屬陶瓷的研究現(xiàn)狀。在此基礎(chǔ)上提出了本論文的研究目的、內(nèi)容和技術(shù)路線，介紹了實驗所需的實驗原材料、實驗內(nèi)容和方法。
　　首先，研究了WC的添加量對Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具材料顯微組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。實驗結(jié)果顯示：WC/Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具材料的組織中具有典型的芯殼結(jié)構(gòu)，隨著WC含量的增加，Ti(

3、C,N)基金屬陶瓷刀具材料的組織均勻細(xì)化，材料的抗彎強(qiáng)度和韌性先增加后降低，而硬度增加；確定了當(dāng) WC的含量為10wt％時，WC/Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具材料的綜合性能最好，抗彎強(qiáng)度、維氏硬度和斷裂韌性分別為1150.91MPa、14.04GPa、8.04MPa·m1/2，比未添加WC的Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具材料分別提高了51.00%，14.43%和19.47%。
　　然后，成功的對碳納米管進(jìn)行了酸化、敏化、活化和鍍鎳處

4、理，通過觀察TEM圖片，可以看到經(jīng)過酸化得到了表面性能比較好的碳納米管，而且在碳納米管上鍍上了分布比較均勻的鎳。分析了酸化的碳納米管的添加對Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具材料力學(xué)性能和顯微組織結(jié)構(gòu)的影響。在添加1wt%純化后的碳納米管時Ti(C,N)金屬陶瓷的綜合性能最好，抗彎強(qiáng)度、維氏硬度和斷裂韌性分別達(dá)到1295.91MPa、15.19GPa和9.27MPa·m1/2，比未添加碳納米管的Ti(C,N)基金屬陶瓷的抗彎強(qiáng)度、維氏硬度和斷

5、裂韌性分別提高了12.60%、6.15%和15.30%。
　　接著，根據(jù)研究添加酸化的 CNTs/Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具材料得到的結(jié)果，確定了鍍鎳的碳納米管（CNTs*）的含量為0.8wt%，1.0wt%和1.2wt%，然后利用正交法研究CNTs*含量及燒結(jié)工藝對Ti(C,N)基金屬陶瓷的影響，通過顯微組織和力學(xué)性能分析，確定了碳納米管的最優(yōu)添加量和制備條件為：添加1wt%的鍍鎳的碳納米管，燒成溫度為1460℃，保溫時間30

6、min，成型壓力為25MPa。并成功地驗證了該結(jié)論，所制得的試樣M10各項性能都有所提高，抗彎強(qiáng)度、維氏硬度和斷裂韌性分別為1327.43MPa、15.11GPa和9.86MPa·m1/2，比未添加碳納米管的Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具材料分別提高了15.33%，7.62%和22.64%。
　　最后，探討了CNTs*增強(qiáng)Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具材料的機(jī)理。CNTs*/Ti(C,N)基金屬陶瓷材料的斷裂方式主要為陶瓷相的穿晶斷裂