基于Ni3Al粘结相的Ti(C,N)基金属陶瓷制备及组织性能研究

作     者：陈明昆 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：熊惟皓

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：Ni3Al 粘结相 力学性能 显微组织 断裂韧性 

摘      要：本文首先综述了Ti(C,N)基金属陶瓷从硬质相和粘结相方面着手改善其性能的研究现状，引出金属间化合物Ni3Al作为粘结相在金属陶瓷中应用的优势，并介绍了Ni3Al的一些制备方法。在此基础上提出本课题的研究目的意义和主要内容。采用真空原位合成法制备出了实验所需Ni3Al粉末，然后以Ni3Al和其他硬质相原料通过粉末冶金工艺和真空烧结技术制备了金属陶瓷。最后对Ni3Al粉末和金属陶瓷样品进行了物相鉴定、力学性能测试、显微组织和微区成分分析。 Ni、Al和微量B原料粉末混合均匀后，以2MPa压力稍加压制后在1000℃下真空保温90min即可生成完全Ni3Al，经破碎和细化可得粉末。 研究了两种不同方法获得的TiC/Ni3Al组织性能差别并考察了Mo添加对性能的影响，结果表明两种不同的TiC/Ni3Al均呈现芯环结构却具有不同的显微组织和力学性能，Mo添加可以改善Ni3Al对TiC的润湿性，提高力学性能。 研究了添加不同含量Ni3Al的Ti(C,N)基金属陶瓷力学性能和显微组织并与Ni做粘结相的金属陶瓷进行了对比。结果表明，随着金属陶瓷中Ni3Al含量的增加，其硬度和抗弯强度呈反相关的总体趋势，但却具有不错的断裂韧性，Ni3Al含量为30wt%左右的金属陶瓷兼具相对优良的组织和性能，此时的主要力学性能指标为：抗弯强度1045±80MPa，洛氏硬度HRA89.7±0.25，断裂韧性KIC为14.26MPa·m1/2。 研究了添加不同质量比的Ni和Ni3Al（Ni/Ni3Al=0.6～7）的Ti(C,N)基金属陶瓷力学性能和显微组织并与Ni做粘结相的金属陶瓷进行了对比。结果表明，当Ni和Ni3Al的比值为3时，组织最均匀致密，晶粒最细小，抗弯强度可达1630±20MPa，洛氏硬度可达HRA89.7±0.2，断裂韧性KIC可达15.07MPa·m1/2，优于采用相同原料和工艺制备的Ni做粘结相的Ti(C,N)基金属陶瓷。