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纳米TiN改性TiC基金属陶瓷可转位刀片研究

纳米技术是20世纪80年代末期诞生并崛起的新技术。纳米粉体对现有材料的改性是当前国内外材料科学研究的一个热点。在常规材料中添加纳米颗粒可较大地提高材料的强度、硬度、韧性，也改善了材料的可加工性。在TiC—TiN—Ni—Mo系金属陶瓷中添加纳米TiN粉，就是出于这样的设想，这对于作为刀具材料的金属陶瓷来说具有重要意义。

1 纳米TiN改性对TiC基金属陶瓷力学性能的影响

采用粉末冶金的方法制取金属陶瓷。纳米TiN粉末经超声分散后加入到混合粉末中去进行湿磨—干燥—造粒—压制成压坯，在真空炉中烧结成烧结坯。然后磨制磨料磨具成可转位刀片。

a.抗弯强度

b.断裂韧性

c.硬度

图1 纳米T添加量对材料力学性能的影响

纳米TiN的添加量对材料的抗弯强度、断裂韧性、硬度的影响见图1。由图1可知，在纳米TiN添加重量小于4%时，抗弯强度、断裂韧性的值随添加量的增加而略有增加，而硬度变化不大。当添加量继续增加时，三者都有较明显的增加。在添加重量为6%时，断裂韧性和硬度达到最高值。添加重量为8%时抗弯强度达到最高值，随后三者都降低。

纳米TiN添加重量小于4%时，力学性能变化不明显，甚至下降，是由于TiN纳米颗粒在高温液相(主要是 Ni、Ti还有部分的N、C)的溶解度较大，加上纳米颗粒的高表面能和高表面活性，北美阻燃学会(NAFRA)的专家在事故后表示可以认为在烧结后残留不多，因此起强韧作用不大。同时由于其造成孔隙、杂质等负面影响，可能导致材料的硬度下降。当纳米TiN添加重量逐渐增加时，材料中实际存在的纳米TiN颗粒不断增多，其强韧的效果也逐渐体现出来了。当纳米螺纹蝶阀TiN添加重量大于6%时，断裂韧性和硬度下降而强度上升，是由于TiN在TiC基金属陶瓷中，可能与TiC、Ni、Mo形成固溶体(Ti、Ni、 Mo)(C、N)覆于TiN或TiC的表面，即所谓使得、空打时指针为零的“SS”相：也可能残留下来作为硬质相。当它形成SS相时，可以阻止硬度相颗粒和粘结相之轴承机间各元素的扩散，起到细化晶粒的作用。但TiN本身的硬度较TiC低，而且在较高的温度下易分解产生氮气，所以在纳米TiN添加量较大时，强度、断裂韧性和硬度均有下降现象。

由上可知，纳米TiN添加对材料有一定的改性效果，力学性能有明显提高，各力学性能的峰值都分别对应一定的纳米TiN的添加量。当添加重量为6%～8%时，可获得较优的综合力学性能。

2 纳米TiN粉分散工艺的研究

纳米努力为客户提供最好的产品和最满意的服务粉具有极微小粒度、高比表面和高表面活性。在制备过程中，由于颗粒间存在范德瓦尔斯力和库仑力，颗粒极易凝并、团聚形成二次颗粒，使粒径增大形成软团聚和硬团聚，最终失去超细颗粒所具备的功能。因此，必须通过物理、化学方法对纳米粉体进行表面处理，使其在液体介质中充分分散，以发挥纳米粉体应有的性能。

采用球磨和超声两种分散工艺。研究了用无水乙醇等有机物作为分散介质的分散特性和分散介质、表面活性剂种类及用量、分散体系PH值、超声时间对分散效果的影响菌苗。找出了较优的分散体系组分和分散工艺参数。

3 切削性能研究

用自制的纳米TiN改性的TiC基金属陶瓷可转位刀片(TNU(G)N160412和SNUN150416)两种，与同样规格的YT15、YG8可转位刀片做成的车刀，在CA6140车床上进行对比性车削试验。

与YT15、YG8刀片切削45钢时的比较

=200m/min,ap=0.5,f=0.1mm/r

=200m/min,ap=0.5,f=0.5mm/r

图2 纳米改性刀具与YT15、YG8刀具磨

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