高強(qiáng)韌耐腐蝕Ti(C,N)基金屬陶瓷的研究.pdf

1、Ti(C，N)基金屬陶瓷具有較高的室溫硬度、高溫強(qiáng)度，良好的紅硬性、耐磨性以及化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，屬于一種新型工程復(fù)合材料。優(yōu)異的綜合力學(xué)性能和良好的耐腐蝕性能是Ti(C，N)基金屬陶瓷材料滿足不同服役環(huán)境的關(guān)鍵。
　　本研究以不同類型原料粉末，即單組元TiC、TiN與固溶體TiC0.7N0.3制備了TiC0.7N0.3-10WC-4Mo2C-3 TaC-2.4Cr3C2-10Ni-10Co與TIC-10TIN-10WC-4Mo2C

2、-3TaC-2.4Cr3C2-10Ni-10Co兩組金屬陶瓷。通過改變Mo2C含量制備了TiC0.7N0.3-10WC-8Mo2C-1.8Cr3C2-0.04La2O3-7.5Ni-7.5Co、TiC0.7N0.3-10WC-10Mo2C-1.8Cr3C2-0.04La2O3-7.5Ni-7.5Co以及TiC0.7N0.3-10WC-15Mo2C-1.8Cr3C2-0.04La2O3-7.5Ni-7.5Co三組金屬陶瓷?？疾旆治隽宋褰M金

3、屬陶瓷的微觀組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、電化學(xué)腐蝕行為以及高溫氧化行為，初步探討了其電化學(xué)腐蝕機(jī)理與高溫氧化機(jī)理，主要結(jié)論如下:
　　1.五組不同成分的Ti(C，N)基金屬陶瓷其組織結(jié)構(gòu)均由單一相成分的立方結(jié)構(gòu)(Ti，M)(C0.7，N0.3)的硬質(zhì)相和立方結(jié)構(gòu)Co-Ni基固溶體粘結(jié)相組成，其中M為W、Mo、Cr等合金添加元素。但是，與單組元原料相比，以固溶體原料制備的金屬陶瓷其微觀組織結(jié)構(gòu)均勻，硬質(zhì)相晶粒相對(duì)細(xì)小、芯-環(huán)結(jié)構(gòu)完整、環(huán)部厚

4、度適中，粘結(jié)相中Ti、Ta含量與固溶度較低，綜合力學(xué)性能顯著提高。此外，隨著Mo2C含量的增加，合金顯微組織細(xì)化，硬質(zhì)相分布均勻，并且硬質(zhì)相顆粒的棱角鈍化，綜合力學(xué)性能顯著提高。當(dāng)Mo2C含量過高（15wt.％）時(shí)，環(huán)形相厚度進(jìn)一步增加，合金力學(xué)性能下降。從反應(yīng)燒結(jié)過程中粘結(jié)相“觸媒-聯(lián)動(dòng)”效應(yīng)與反應(yīng)擴(kuò)散有序度的角度對(duì)五組金屬陶瓷微觀組織結(jié)構(gòu)與性能差異進(jìn)行了解釋。
　　2.電化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:五組金屬陶瓷在pH=7的Na2SO4溶

5、液中的耐腐蝕性能均最強(qiáng)，在pH=13的NaOH溶液中的耐腐蝕性能優(yōu)于其在pH=1的H2SO4溶液中的耐腐蝕性能。但是，相對(duì)以間隙相型單組元TiC、TiN為原料，以固溶體型TiC0.7N0.3為原料制備的金屬陶瓷在三種不同pH值的腐蝕溶液的icorr值和Rct值均有不同程度的降低和提高，腐蝕速率有所減小，耐腐蝕性能提高2倍以上。此外，隨著Mo2C添加量的增加，Ti(C，N)基金屬陶瓷的耐腐蝕性能降低。
　　3.電化學(xué)腐蝕機(jī)理為，在三

6、種腐蝕溶液中，由于粘結(jié)相與硬質(zhì)相之間存在明顯的電位差，硬質(zhì)相具有高的化學(xué)穩(wěn)定性，粘結(jié)相發(fā)生優(yōu)先腐蝕，硬質(zhì)相裸露在合金表面，直接與腐蝕溶液接觸，進(jìn)而導(dǎo)致硬質(zhì)相被腐蝕。在酸性溶液中，粘結(jié)相產(chǎn)生活性溶解，腐蝕速率相對(duì)較大，而在堿性溶液中，粘結(jié)相的鈍態(tài)氧化產(chǎn)物(Ni(OH)2和Co(OH)2)不易溶解，與其他氧化產(chǎn)物一起附著于粘結(jié)相與硬質(zhì)相的表層，阻礙腐蝕溶液與其接觸，可有效保護(hù)合金不被腐蝕。
　　4.高溫氧化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，五組金屬陶瓷表

7、面均形成連續(xù)致密的氧化膜，氧化膜表層不存在裂紋等缺陷，并且大部分晶粒達(dá)到納米級(jí)。此外，氧化后合金近表面區(qū)域表現(xiàn)出多層結(jié)構(gòu)的特征，即由表及里分別為氧化表層、中間過渡層以及未發(fā)生反應(yīng)的基體。但是，相比于以單組元TiC、TiN為原料，以TiC0.7N0.3固溶體為原料制備的金屬陶瓷在800℃下高溫抗氧化性能最強(qiáng)。此外，隨著Mo2C含量的增加，合金的高溫抗氧化性能逐漸降低。
　　5.Ti(C，N)基金屬陶瓷的氧化行為屬于“鈍性氧化”，其中