金属—陶瓷复合粉体制备与机理及其应用研究

论文摘要

陶瓷材料具有高熔点、高强度、耐磨损和耐腐蚀等优良特性,但同时存在脆性大、难加工、可靠性与重现性差等弱点,给其工程应用带来许多困难。目前,各国研究者从陶瓷材料的材料设计、原始粉体制备技术和成型、烧结工艺等方面进行了大量研究,在强韧化研究方面获得了很大进展。 本文采用低温超声波化学镀的方法,在微米和亚微米级的Al2O3、TiC和WC陶瓷粉体上均匀包覆延性金属Co层,成功制备出以下三类金属.陶瓷复合粉体:（1）金属Co质量百分含量分别为3%、5%和8%的Al2O3-Co二元复合粉体（2）Al2O3-TiC-Co（Al2O3-Co+TiC-Co）三元复合粉体（3）金属Co含量分别为3%和10%的WC-Co二元复合粉体。分别对Al2O3-TiC-Co三元复合粉体和WC-Co二元复合粉体用热压烧结方法制各高性能Al2O3-TiC-Co复合陶瓷（ATC）和WC-Co硬质合金（NYG）。采用CO2激光熔覆WC-Co二元复合粉体制备性能优良的钢基耐磨涂层。 以Al2O3粉体低温超声波化学镀钴为例,对金属-陶瓷复合粉体的制备工艺,影响因素和机理进行了探讨,获得了低温超声波化学镀法制备金属-陶瓷复合粉体的优化工艺。 在Al2O3-TiC-Co复合粉体的烧结过程中,烧结温度、烧结气氛以及分级保温时间对ATC复合陶瓷力学性能的影响较明显。研究发现在1550℃,真空条件下烧结时ATC复合陶瓷的性能最好。以化学镀方法引入的金属Co相,在烧结过程中,阻止了陶瓷相发生接触化学反应生成玻璃相和气相,抑制晶粒长大,细化ATC复合陶瓷晶粒,达到超细晶粒增韧目的。烧结成型后,陶瓷相与金属Co相在烧结体中形成三维网状结构,互相交织镶嵌。在ATC复合陶瓷承受载荷时,陶瓷相发挥高强度与高刚度特性,使样品达到高强度与高硬度水平;金属Co相以塑性变形,裂纹偏转与桥接等形式,吸收部分能量,增大断裂功,提高样品的断裂韧性,达到了金属相增韧目的。在ATC复合陶瓷中,气孔、夹杂物和异常长大晶粒是其主要显微结构缺陷,是裂纹发生和扩展源,其失效形式以沿晶断裂和延性金属Co相的塑性变形为主,伴有部分陶瓷颗粒的拔出。 以淬火45钢、粘结SiC陶瓷、人造金刚石为对磨材料,对ATC复合陶瓷的干滑动磨损和润滑滑动磨损性能进行研究。在与淬火45钢和粘结SiC陶瓷对磨时,ATC复合陶瓷表现出良好的耐磨性能;与人造金刚石对磨时,ATC复合陶瓷磨损面发生明显的微切削和塑性变形,延性金属Co相的塑性变形吸收部分能量,提高了ATC复合陶瓷的整体耐磨性能。随对磨材料的不同,ATC复合陶瓷的磨损性能和机理发生变化。在较大载

论文目录

• 第一章 金属-陶瓷复合粉体研发及应用现状
• 1.1 引言
• 1.2 化学镀法制备金属-陶瓷复合粉体
• 1.2.1 化学镀原理及工艺
• 1.2.1.1 化学镀热力学原理
• 1.2.1.2 化学镀动力学原理
• 1.2.1.3 化学镀溶液组成与工艺
• 1.2.1.4 化学镀的影响因素
• 1.2.2 化学镀制备金属-陶瓷复合粉体
• 1.2.2.1 陶瓷粉体预处理
• 1.2.2.2 陶瓷粉体化学镀后处理
• 1.2.2.3 金属包覆层均匀性的研究
• 1.3 金属-陶瓷复合粉体的应用
• 1.3.1 金属增韧陶瓷材料
• 1.3.2 陶瓷颗粒增强金属基复合材料
• 1.3.3 热喷涂粉体
• 1.3.4 特殊功能材料
• 1.3.5 摩擦材料
• 1.3.6 催化剂
• 1.3.7 其他
• 1.4 本项目研究目的及内容
• 第二章 金属-陶瓷复合粉体的制备与机理
• 2.1 引言
• 2.2 陶瓷粉体超声波低温化学镀钻
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验主要设备与方法
• 2.2.3 陶瓷粉体化学镀钻工艺过程
• 2.2.3.1 陶瓷粉体预处理
• 2.2.3.2 陶瓷粉体化学镀钴
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 陶瓷粉体化学镀覆结果
• 2.3.2 主盐浓度的影响
• 2.3.3 还原剂的影响
• 2.3.4 络合剂的影响
• 2.3.5 工艺参数的影响
• 2.3.6 装载量的影响
• 2.3.7 超声波的影响
• 2.4 本章结论
• 第三章 金属-陶瓷复合粉体的应用
• 2O₃-TiC-Co复合粉体制备ATC高性能陶瓷'>3.1 AL₂O₃-TiC-Co复合粉体制备ATC高性能陶瓷
• 3.1.1 实验设备与方法
• 3.1.2 ATC复合陶瓷制备
• 3.1.2.1 ATC复合粉体模压成型
• 3.1.2.2 ATC坯体热压烧结
• （a）粉体烧结理论与方法
• （b）热压烧结ATC复合陶瓷
• （c）ATC烧结的主要影响因素
• 3.1.3 ATC复合陶瓷显微结构
• 3.1.3.1 脆性相
• 3.1.3.2 晶粒晶界
• 3.1.3.3 气孔
• 3.1.3.4 夹杂物
• 3.1.4 ATC复合陶瓷断裂行为
• 3.1.5 ATC复合陶瓷增韧机制
• 3.1.5.1 颗粒超细化增韧
• 3.1.5.2 延性金属相增韧
• 3.1.6 ATC复合陶瓷材料的磨损性能
• 3.1.6.1 实验方法和设备
• 3.1.6.2 实验结果与讨论
• （a）干滑动磨损
• （b）润滑滑动磨损
• 3.1.7 本节结论
• 3.2 WC-Co复合粉体制备超细硬质合金
• 3.2.1 引言
• 3.2.2 实验设备及方法
• 3.2.3 力学性能与微观结构
• 3.2.4 干滑动磨损性能
• 3.2.5 本节结论
• 3.3 WC-Co复合粉体在激光熔覆涂层中的应用
• 3.3.1 引言
• 3.3.2 激光熔覆技术研究现状
• 3.3.3 WC-Co复合粉体激光熔覆
• 3.3.3.1 实验设备及方法
• 3.3.3.2 WC-Co熔覆层制备
• 3.3.4 WC-Co涂层微观结构
• 3.3.5 WC-Co涂层摩擦磨损性能
• 3.3.6 本节结论
• 3.4 本章结论
• 第四章 全文结论
• 4.1 金属-陶瓷复合粉体制备及其机理
• 4.2 金属-陶瓷复合粉体应用及其性能研究
• 4.2.1 ATC复合陶瓷
• 4.2.2 WC-3％Co硬质合金
• 4.2.3 WC-10％Co激光熔覆涂层
• 参考文献
• 创新点摘要
• 攻读博士期间发表的论文
• 致谢