添加劑對Ti(C,N)基金屬陶瓷的力學性能影響

陳軍強 孫青竹 萬桂林 呂雯 楊芮

摘? 要：Ti（C，N）基金屬陶瓷作為一種新型的刀具材料，具有密度低、室溫硬度和高溫硬度高、化學穩定性和抗氧化性好、耐磨性好、更高的性價比等優點，性能優于傳統刀具材料WC基硬質合金。通過加入不同添加劑可以改變Ti（C，N）基金屬陶瓷硬質相與包覆相之間的潤濕性能，改善體系的燒結性、綜合力學性能和機械的切削性能。該文介紹了不同添加劑對Ti（C，N）基金屬陶瓷的力學性能影響。

關鍵詞：添加劑? Ti（C，N）基金屬陶瓷? 力學性能

中圖分類號：TG14 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）02（a）-0054-02

Abstract： Compared with traditional tool materials WC based cemented carbide，as a new type of cutting tool material， Ti（C，N）-based cermet has many advantages， such as? low density， high room temperature hardness and high temperature hardness， good chemical stability and oxidation resistance， good wear resistance and higher cost performance. The wetting property between the hard phase of and the coating phase the Ti（C，N）-based cermet can be changed by adding different additives， and the sinterability， comprehensive mechanical properties and mechanical cutting properties of the system are improved. The mechanical properties of Ti（C， N）-based ceramics with different additives are introduced in this paper.

Key Words： Additive; Ti（C，N）-based cermets; Mechanical property

1? 鈦基金屬陶瓷概述

用鈦基陶瓷制備的刀具具有優良的耐磨性、耐熱性、紅硬性，在高速切削環境下對新月形孔具有良好的耐磨性[1]，與傳統的基于WC的硬質合金刀具相比性價比更高。然而，由于鈦基陶瓷的脆性，已成為制約其蓬勃發展的瓶頸。Ti（C，N）基陶瓷使用tic，TiN單體粉末或Ti（C，N）固體溶液粉末作為黑色核心的硬相，通常是金屬Ni、Co，可作為白色粘結相，研究中通過添加Mo、Mo2C、Cr3C2、TaC、TiN，可以改變硬相和包覆相之間的潤濕性能，以及燒結、綜合力學性能，并可提高系統的機械切削性能[2-3]。

2? 添加劑對Ti（C，N）基金屬陶瓷的影響

2.1 Mo2C對Ti（C，N）基金屬陶瓷的影響

Mo2C的引入對于金屬陶瓷來說具有里程碑式的意義，其加入使TiC/TiN顆粒被形成的（Ti，Mo）C/（Ti，Mo）（C，N）環形相包裹，該環形相對粘結相和硬質相間潤濕性的改善使刀具可靠性顯著提升，金屬陶瓷的切削應用范圍得以擴展。Mo或Mo2C含量的添加，金屬陶瓷的硬度是先增大后降低，Mo或Mo2C含量為10wt.%時，Ti（C，N）基金屬陶瓷的維氏硬度值很大。隨著Mo含量的添加，Ti（C，N）基金屬陶瓷斷裂韌性會降低。這是由于在Ti（C，N）基金屬陶瓷材料中，斷裂韌性與晶粒顆粒大小有關，斷裂源沿著晶界開始運動，遇到較為粗大的晶粒時，路徑會變得曲折，從而消耗更多的斷裂功，消耗斷裂功多，斷裂韌性值相對就高。當然，當斷裂源運動時到觸碰到細小晶粒時，路徑平滑，使用的斷裂功相對較小，斷裂韌性值就相對較低。此外，Mo過量會導致灰色環相過厚，而環相為脆性相，都可使斷裂韌性趨勢不斷下降[4-5]。

2.2 WC對Ti（C，N）基金屬陶瓷的影響

WC在Ti（C，N）基金屬陶瓷中有著與Mo/Mo2C相似的作用，WC的存在使Ti（C，N）基金屬陶瓷在液相燒結時，增加液相的數量，促進金屬陶瓷致密化。WC同時能夠固溶強化粘結相，其機理為提高Ti（C，N）硬質相在粘結相中的溶解度，使越來越多的重金屬元素溶解到在粘結相中，從而起到固溶強化粘結相的作用。對于含氮量較高的Ti（C，N）基金屬陶瓷，WC有利于提升材料的抗熱震動性，從而有效地改善了材料的抗變形能力。

2.3 TaC對Ti（C，N）基金屬陶瓷的影響

TaC和TiC都屬于NaCl型立方晶型，它對金屬陶瓷性能的影響與WC也比較的相似。加入一定量的TaC可以與TiC 形成（Ti，Ta）C固溶體，提高金屬陶瓷的強韌性，同時抑制硬質相晶粒的長大[6]，顯著增加硬質合金抗熱沖擊、抗月牙洼磨損及抗氧化的能力，并提高陶瓷材料的紅硬性[7]、高溫硬度和抗熱震性，從而改善其抗高溫形變的能力。

2.4 VC對Ti（C，N）基金屬陶瓷的影響

VC具有高熔點（2645℃～2815℃）及高硬度（2600HV），在金屬陶瓷中不易溶解，因此VC經常作為晶粒生長抑制劑使用。VC的加入使金屬陶瓷的晶粒得到細化，抗彎強度、硬度提高，斷裂韌度下降。

參考文獻

[1] 張茜，劉兵，陳慧.Ti（C，N）基金屬陶瓷刀具材料的性能影響因素[J].重慶文理學院學報：社會科學版，2014，33（5）： 5-10.

[2] 張恒.Mo2NiB2基金屬陶瓷的制備及其組織性能研究[D].武漢科技大學，2016.

[3] 唐慧蘭.Ti（C，N）基金屬陶瓷刀具材料及切削性能研究[D].合肥工業大學，2012.

[4] 陳敏，張雪峰，肖玄.Mo添加劑對（Ti，V，Mo）C基金屬陶瓷組織與性能的影響[J].鋼鐵釩鈦，2018，39（5）：54-59.

[5] 張曉明，傅又紅，彭凌洲等.WC/Mo2C比例對金屬陶瓷組織和性能的影響[J].硬質合金，2018，35（5）：324-329.

[6] 張浩，朱芳.鉭、鈮碳化物制備技術的研究進展[J].稀有金屬與硬質合金，2009，37（2）：47-49.

[7] 周菊秋，黃列如，譚日善，等.中國鉭、鈮碳化物的生產和應用[J].稀有金屬材料與工程，1998，27（1）：26-31.