论文摘要
本论文采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)等实验手段,系统地分析了Cr3C2基金属陶瓷的成分、制备工艺、组织结构和性能等之间的关系,并研究Cr3C2基金属陶瓷和Ti(C,N)基金属陶瓷高温氧化行为及氧化机理。首先综述了金属陶瓷制备技术和烧结理论的研究进展;简述了成分及添加剂对金属陶瓷组织和性能的影响;特别是对Cr3C2基金属陶瓷的研究现状进行了总结和评述;概述了材料的高温氧化及研究测试方法。在此基础上,指出了本文的研究目的和意义。对主要的烧结工艺参数对金属陶瓷组织和性能的影响进行了研究。结果表明:在1250℃×60min烧结条件下,烧结体具有较佳的力学性能和显微组织,其抗弯强度和硬度分别达到了1426MPa和91.5HRA,致密度高达98.5%,获得了优化的烧结工艺。采用优化的烧结工艺,进一步研究化学成分对金属陶瓷组织和性能的影响。试验发现:当Ni/Cr质量比为4:1,Cr3C2含量为75wt%时,添加0.3wt%C,可以使材料获得较佳的微观组织和较好的强韧性。研究了Cr3C2基金属陶瓷的高温氧化行为及其氧化机理。在750℃恒温空气中氧化100h时,所制备的Cr3C2基金属陶瓷的单位面积氧化增重为15.69×10-4 g·cm-2,氧化速率常数仅为3.67×10-5mg2·cm-4h-1,其高温氧化行为基本遵循对数规律。且在氧化后期,氧化速率主要受Cr3+在氧化膜中的扩散速率控制。另外,对Ti(C,N)基金属陶瓷的高温氧化行为及其氧化机理也进行了研究。在750℃恒温空气中氧化100h时,Ti(C,N)基金属陶瓷的单位面积氧化增重为33.52×10-4g·cm-2,氧化速率常数为11.21×10-5mg2·cm-4·h-1,其氧化行为遵循抛物线规律。且在氧化后期,氧化速率受外界氧离子通过氧化层向反应界面的扩散速率控制。将Cr3C2基金属陶瓷与Ti(C,N)基金属陶瓷的性能进行对比。得出如下结论:两种材料的力学性能相差不大,但Cr3C2基金属陶瓷表现出更加优异的高温抗氧化性能。经生产实践应用可知,Cr3C2基金属陶瓷具有较好的导电性、耐磨性、强韧性以及高温抗氧化性能。
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