Ti(C,N)基金属陶瓷表面细晶梯度结构层的制备及其形成的动力学研究

提出了制备梯度结构金属陶瓷的新方法：配制碳、氮量低于正常范围的Ti(C,N)基金属陶瓷混合料，在一个完整的烧结程序中，通过在升温阶段采用正碳烧结，在降温阶段进行氮化处理来制备梯度结构金属陶瓷；研究主要正碳烧结工艺参数以及混合料的C、N含量对Ti(C,N)基金属陶瓷烧结体表层梯度结构的相组成、成分分布和显微组织的影响规律；研究降温过程中，主要氮化处理工艺参数对金属陶瓷表面细晶层的相组成、成分分布、显微组织结构和力学性能的影响规律；研究氮化处理过程中表面梯度层晶粒细化机制和表面细晶层形成动力学。最终建立材料的成分、两步处理的工艺参数与梯度结构层特性和材料力学性能之间的关系，并得到表面梯度层晶粒细化机制，建立较为接近实际情况的动力学模型。为在简单工艺条件下，制备结构合理，即梯度层由表面耐磨性很好的细晶梯度层+较厚的成分过渡相对平缓的梯度层+基体组成的梯度结构金属陶瓷打下理论基础。

本项目提出了制备梯度结构金属陶瓷的新方法：配制碳、氮量低于正常范围的Ti(C,N)基金属陶瓷混合料，在一个完整的烧结程序中，通过在升温阶段采用正碳烧结，在降温阶段进行氮化处理来制备梯度结构金属陶瓷。首先研究了Ti(C1-x,Nx)固溶体中N/C比对金属陶瓷在烧结过程中的氮分解率、烧结体的显微组织及力学性能的影响规律，研究了三元硼化物增强Ti(C,N)基金属陶瓷的成分、组织和力学性能之间的关系，制备出了高强韧性的Ti(C,N)基金属陶瓷，并获得金属陶瓷的强韧化机理；研究了采用正碳烧结法制备梯度结构金属陶瓷，得到了主要正碳烧结工艺参数对Ti(C,N)基金属陶瓷烧结体表层梯度结构的相组成、成分分布和显微组织的影响规律，在正碳烧结工艺条件下，获得了较厚的梯度结构层及其形成机理；研究了降温过程中通入氮气对金属陶瓷表面层的影响，得到了主要氮化处理工艺参数对金属陶瓷表面梯度结构和梯度层最表层的细晶层的相组成、成分分布、显微组织结构和力学性能的影响规律；研究了氮化处理过程中表面梯度层晶粒细化机制，发现金属陶瓷表面区域氮活度高，促进了富W、Mo的Rim相的不断溶解，使Mo、W从粘结相中以细小的Mo2C、WC的形式析出，且大颗粒硬质颗粒分解成几个小颗粒，最终导致梯度层最表层区域晶粒得以细化；研究了表面细晶层形成动力学，得到了表面细晶层形成规律，得到了氮化处理初期表面细晶层厚度的计算方法。上述研究结果为在简单工艺条件下，制备结构合理，即梯度层由表面耐磨性很好的细晶梯度层+较厚的成分过渡相对平缓的梯度层+基体组成的梯度结构金属陶瓷打下理论基础。