010-82930964 
编号：CYYJ043939
篇名：SiC晶须与纳米TiN协同增韧TiB2基陶瓷刀具及其切削性能的研究
作者：李神贵
关键词： 陶瓷刀具; 纳米颗粒; 协同增韧; 摩擦磨损; 切削性能;
机构： 湘潭大学
摘要： TiB2因其具有高强度、高硬度、高耐磨性、高热导率以及良好的耐高温性能而成为高速切削刀具的优质材料之一。但TiB2韧性低、脆性大,在切削过程中受到冲击易产生破损。因此,如何对其进行增韧是实现TiB2基陶瓷刀具广泛应用的基础。 本文以TiB2/TiN为基体材料,SiC晶须和纳米TiN颗粒作为增强相,（Ni,Mo）金属作为粘结相,使用热压烧结工艺在真空条件下制备具有良好韧性的TiB2/TiN/SiCw/TiN_n（TTSN）复合陶瓷刀具材料。 主要研究内容与结果如下: （1）研究了SiC晶须、纳米TiN和（Ni、Mo）粘结相含量对TTSN复合陶瓷刀具材料的影响。随着SiC晶须的添加,TTSN陶瓷刀具材料力学性能先升后降,在5wt.%时达到最高。晶须添加较少会达不到良好的增韧效果,添加过多会引起晶须之间团聚。纳米TiN含量逐渐增加,TTSN复合陶瓷刀具材料力学性能随之提升,在4wt.%时达到最高。继续添加纳米TiN颗粒会导致晶须和颗粒一起团聚,使材料致密度下降进而影响材料力学性能。（Ni、Mo）在烧结过程中提供金属液相辅助烧结,（Ni、Mo）含量降低会引起金属液相短缺,力学性能下降。TTS5N4获得了综合最佳力学性能,维氏硬度19.9GPa、抗弯强度812MPa和断裂韧性9.3MPa·m1/2。 （2）热压烧结参数对TTSN复合陶瓷刀具材料影响较大,在1650℃、保温60min、烧结压力25MPa下制备的TTS5N4具有最佳力学性能。烧结温度和保温时间的减少都会影响金属液相辅助烧结,表现为材料致密度下降,力学性能降低。烧结压力对TTS5N4影响较小,过大的烧结压力会导致烧结过程中液相溢出。 （3）研究了SiC晶须、纳米TiN含量和载荷大小对TTSN复合陶瓷刀具材料摩擦性能的影响。SiC晶须对摩擦系数影响较大,随着晶须含量的增加,摩擦系数和磨损率先减小再增加,在5wt.%取得最低值。纳米TiN含量对摩擦系数影响较小,对磨损率影响较大。载荷对TTSN摩擦系数和磨损率影响较大,随着载荷的增加,TTSN表面氧化膜层形成越发完整,摩擦系数减小,球与刀具之间压强增大,氧化膜剥落增加导致磨损率增加。TTS5N4陶瓷刀具材料在50N载荷下有最低的摩擦系数。 （4）对TTSN复合刀具材料与商业YBC251刀具的切削性能进行了对比。三个自制TTSN陶瓷刀具中TTS5N4切削温度最低。对比四种刀具在不同切削速度的切削性能,TTSN系列刀具比YBC251具有更低的后刀面磨损量,TTS5N4在切削距离达到2000m时依然具有切削功能。从刀具微观磨损形貌分析可知,TTSN刀具能在摩擦接触表面产生润滑膜,从而减小摩擦,整个切削过程发生了氧化磨损、粘结磨损和磨粒磨损。
