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为了进一步提高Ti(C,N)基金属陶瓷的使用性能,本文首先对Ti(C,N)基金属陶瓷的强韧化技术和相关理论进行了研究。在此基础上,研究了基于等离子渗碳制备梯度结构Ti(C,N)基金属陶瓷的技术,探讨了梯度结构金属陶瓷渗碳过程中碳原子的扩散及相关机理。首先对Ti(C,N)基金属陶瓷的真空烧结工艺进行了系统地研究。结果表明:在粘结相为23wt.%Ni的Ti(C,N)-Ni基金属陶瓷中,试样在1450℃下保温60min后,环形相包覆完整且厚度适中,组织分布均匀,从而有较佳的机械性能。而用4.6wt.%Co部分替代Ni的Ti(C,N)-Ni-Co基金属陶瓷,试样在1410℃下保温60min后,材料就可获得较佳的显微组织和性能。研究了化学成分对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响。实验结果表明:随着Ni加入量的增加,组织逐渐变得均匀,硬质颗粒逐渐球化,粘结相中Ti、W、Mo等合金元素的含量逐渐降低。当用Co部分替代Ni时,可改变硬质颗粒芯部的大小和Rim相的厚度。当Co/(Ni+Co)相对含量为0.2时,材料有较佳的抗弯强度。随Ta C加入量的增加,复杂的(Ti,Mo,W,Ta)(C,N)环形相优先形核部位逐渐从Ti(C,N)颗粒的表面转移到了Ta C颗粒的表面。当Ta C加入量为5wt.%时,晶粒细化、显微组织分布均匀且Rim相厚度适中,材料获得较高的抗弯强度。研究了碳纳米管对金属陶瓷组织和性能的影响。得到如下实验结论:经过等离子体处理后,碳纳米管表面和管束内的非晶碳和杂质大部分被剥离掉,并在碳纳米管表面引入了大量的活性基团,从而使分散性明显提高。随着碳纳米管的增加,粘结相中溶解的Ti、W和Mo合金元素含量减少。过多碳纳米管的添加会出现团聚现象。当碳纳米管含量为0.5wt.%时,晶粒细化、组织分布均匀且粘结相的体积分数较高,获得较佳的综合机械性能。碳纳米管的增韧主要是由裂纹偏转、桥联和拔出等机制共同作用的结果。研究了Si C晶须对金属陶瓷组织和性能的影响。实验结果表明:由于粘结相与Si C晶须之间的润湿性差,随Si C晶须添加量的增加,金属陶瓷材料的孔隙率逐渐增加。Si C晶须的添加不会在金属陶瓷中产生新相。当Si C晶须含量为1.0 wt.%时,材料的抗弯强度和断裂韧性分别提高了约24%和29%。材料的增强是由晶粒细化、Rim相厚度适中和组织分布均匀所致,材料的增韧是由裂纹偏转、晶须桥联和晶须拔出等机制共同作用的结果。采用等离子渗碳技术制备了梯度结构Ti(C,N)基金属陶瓷。随渗碳温度的升高,原子的扩散系数增加,元素的扩散速度加快,导致贫粘结相层厚度的增加。随渗碳时间的增加,表面粘结相含量的降低且由表及里晶体缺陷逐渐减少,使贫粘结相层生长速度不遵循抛物线规律。当Ti(C,N)基金属陶瓷在1200℃下渗碳180min时,材料表层形成了约20μm的富C和Ti的贫粘结相层,表面层晶粒有所细化,而在距表层约20?m~35?m的近表层富Ni。材料的表面硬度和耐磨性得到较大的提高。研究了梯度结构Ti(C,N)基金属陶瓷渗碳过程中碳原子的扩散和相关机理。得到了金属陶瓷表面碳浓度分布的半经验公式,计算所得结果与实验测试结果基本吻合。由于金属陶瓷材料中各组元与碳元素之间的化学亲和力不同,在等离子渗碳过程中,Ti、W和Mo向金属陶瓷的表面迁移,迫使Ni向材料内部迁移。在等离子轰击时,工件表面的大量晶体缺陷使等离子渗碳的扩散系数比普通渗碳要大很多。