摘 要

此文章研究了Ti(C,N)基金属陶瓷的制作工艺流程以及Ti (C,N) 基金属陶瓷与45钢真空焊接后焊接接头的性能。首先通过球磨和真空烧结制作以Ni含量为区别的三种成分的Ti (C , N )基金属陶瓷，三种成分中Ni的摩尔质量分别为15、20和25。测试三种成分的Ti(C,N)基金属陶瓷其在不同烧结温度下所得试样的强度和硬度，选择其中一种综合性能最好的金属陶瓷，与45钢进行真空钎焊,采用的是膏状Ag-Cu-Ti钎料（Ag68%,Cu26%,Ti6%）。

得到了Ti (C，N )基金属陶瓷后，对 Ti(C,N )基金属陶瓷与 45 号钢进行钎焊试验，用JSM-IT300扫描电子显微镜（SEM）在背散射电子(BSE)模式下观察陶瓷的内部微观组织，并结合能谱图进行成分分析，研究真空钎焊后T i (C , N )基金属陶瓷接头处成分以及性能。

关键词：Ti(C,N)基金属陶瓷；真空钎焊；45钢；材料性能测试；强度

Abstract

In this paper, the fabrication process of Ti(C,N)-based cermets and the properties of welded joints after vacuum welding with 45 steel were studied. Firstly, the three components of Ti(C,N)-based cermets were prepared by ball milling and vacuum sintering. The three components with different Ni content and three kinds of Ni content were used. The molar mass of Ni in the three components was 15, 20 and 25. The strength and hardness of the samples obtained at different sintering temperatures of Ti(C,N)-based cermets of the three components were tested. One of the best cermets was selected and vacuum brazed with 45 steel. Paste Ag-Cu-Ti solder (Ag68%, Cu26%, Ti6%)

Ti(C,N)-based cermets and 45 steel brazing test. The internal microstructure of the ceramics was observed by a scanning electron microscopy (SEM) in a backscattered electron (SEM) mode using a JSM-IT300 scanning electron microscope (SEM), and the components were analyzed by combining the energy spectra to study the Ti(C,N)-based cermets strength.

Keywords:Ti(C,N)-based cermets; plasma spray; microstructure; property

目录

第1章绪论 1

1.1课题研究的背景、目的及意义 1

1.2 Ti(C,N)基金属陶瓷概述 2

1.2.1 Ti(C,N)基金属陶瓷的定义 2

1.2.2 Ti(C,N)基金属陶瓷的发展方向 2

1.3 Ti(C,N)基金属陶瓷与45钢真空钎焊的应用 3

1.3.1 金属陶瓷的各种焊接技术 3

1.3.2Ti(C,N)金属陶瓷真空钎焊的优缺点 4

第2章 Ti(C,N)基金属陶瓷的制备 5

2.1 配料与球磨 5

2.1.1 成分的选择 5

2.1.2 配料与球磨 6

2.2 烧结实验 6

2.3 对烧结后试样的加工 7

2.4 Ti(C,N)基金属陶瓷烧结前后尺寸变化 7

2.5 Ti(C,N)基金属陶瓷烧结后强度与硬度 9

2.5.1 Ti(C,N)基金属陶瓷烧结后的强度 9

2.5.2 Ti(C,N)基金属陶瓷烧结后硬度 10

第3章 Ti(C,N)基金属陶瓷与45钢的真空焊接 12

3.1钎料的制备 12

第4章试验结果与分析 14

4.1 Ti(C，N)基金属陶瓷显微结构 14

4.2钎焊界面组织显微结构 17

4.3能谱图成分分析 18

4.4 测试钎焊接头剪切强度 19

结论 21

参考文献 23

致谢 24

第1章 绪论

1.1课题研究的背景、目的及意义

现代的工艺水平越来越高，对于材料功能的要求也越来越高。为了更高效的生产，人们往往尽可能选用更加优质的材料，于是人们便引入了Ti(C,N)基金属陶瓷。

金属陶瓷的特点是密度小，强度大，红韧性好，热导率高。Ti(C，N)基金属陶瓷刀具的耐磨性高于TiC基金属陶瓷刀具。Ti(C，N)基金属陶瓷是以Ti(C，N)为主要硬质组分，有时还添加诸如WC之类的难熔金属碳化物或氮化物 。Ti(C，N)基金属陶瓷的性能Ti(C，N)基金属陶瓷室温硬度较高、高温强度很好、耐磨性优良、化学性质稳定 ，在高速切削钢料时磨损率极低，是一种很有发展前景的材料，可以广泛运用于航空航天以及汽车等多领域之中。

在当下生产生活中先进制造业的发展对高速高效刀具的要求日益增高，而金属陶瓷主要应用于制造刀具中，所以需要对Ti(C,N)基金属陶瓷在加工性能上进行进一步的进行优化，从而获得更优质的材料。但是，Ti(C,N)陶瓷脆性较大，拉伸强度低，变形困难，不易切削加工，所以难以做出形状复杂的部件，这很大程度上限制了Ti(C,N)陶瓷材料的发展，在人们对金属陶瓷的研究中，发现可以通过陶瓷与陶瓷，或陶瓷与金属的连接来扩大陶瓷材料的运用，得到形状复杂的陶瓷材料构件，这无疑是陶瓷材料研究的一大进展，可以显著提高陶瓷材料的应用领域。在研究中，金属钎料通常被用来连接陶瓷，这是一种典型的异种材料之间的连接技术。 这是一种典型的异种材料连接，运用到了焊接及材料学等相关学科的知识，这项研究有助于向异种材料连接提供理论指导。

正是由于Ti(C,N)金属陶瓷可加工性、耐冲击性差，加工极为困难，难以直接应用，需要更加优化的加工方式，所以本文旨在研究Ti(C,N)基金属陶瓷与45钢真空钎焊过程。金属陶瓷与45钢的连接研究至关重要。金属陶瓷与45钢的连接，不同于一般材料的连接，需要更加严格的条件，才能得到有一定抗剪强度和高温性能的接头。

异种材料的连接是当下材料领域研究的热点内容之一，也是材料学的前沿发展研究项目。本实验的意义就在于，通过研究Ti(C,N)基金属陶瓷与45钢真空钎焊过程，可以更加深入了解Ti(C,N)基金属陶瓷，实现用最低的成本制造出最高效的切削工件或热机部件，这对于实际生产有着巨大的意义。

1.2 Ti(C,N)基金属陶瓷概述

1.2.1 Ti(C,N)基金属陶瓷的定义

金属陶瓷由于具有红硬性高、高温抗氧化性能好和热导率高等一系列优点。Ti(C，N)基金属陶瓷是在WC基金属陶瓷和TiC基金属陶瓷基础上发展起来的，一种性能更优的新型金属陶瓷，因为热导率高，所以热应力和热裂纹减少，所以金属陶瓷切削速度大，刀具使用年限长。刀具主要失效形式为崩刀和塑变破裂磨损,作为刀具Ti(C，N)基金属陶瓷需要克服各种磨损问题。