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机械合金化制备非化学计量比CrN_x及其烧结特性的研究

作 者: 任玉铎
导 师: 王明智
学 校: 燕山大学
专 业: 材料学
关键词: 机械合金化 非化学计量比 氮化铬 烧结
分类号: TF124.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 8次
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内容摘要


CrN具有许多优异的物理和化学性能,比如其优异的耐磨性和其他过渡金属氮化物不具备的反铁磁性,加热处理时分解出的高活性的N也可以作为氮源提高某些金属烧结体的性能。然而由于Cr的活性较低,制备立方结构的CrN很困难且CrN的脆性较高,对其烧结体的研究也非常少。因此简化其合成方法具有非常重要的理论和现实意义。本论文以球磨的方法制备非化学计量比的CrNx粉末,并将制备的CrNx粉末进行SPS烧结,研究了不同温度下制备的烧结体的性能。以Cr2N和Cr为原料进行球磨制备非化学计量比的CrNx,利用X射线衍射(XRD)、差热分析仪(DSC)和扫描电子显微镜(SEM)对球磨后粉体进行结构分析和形貌观察。将球磨制备的CrNx粉末在不同烧结温度条件下进行SPS烧结,对烧结体的断口进行SEM观察,并对烧结体的机械性能进行测试。通过粉体结构分析得出:相同球磨时间的条件下,随着Cr含量的增加,CrNx的晶粒先变大,后减小;加热处理后分解N2逐渐增大。相同原料配比的条件下,随着球磨时间的增加,CrNx晶粒逐渐变小,加热处理后分解N2逐渐增大。通过粉末形貌观察得出:相同球磨时间的条件下,随着Cr含量的增加,粉体颗粒均存在颗粒团聚的情况,颗粒度先变大后减小;相同原料配比的条件下,随着球磨时间的增加,粉体颗粒度逐渐变小,最终达到平衡。通过烧结体结构和性能分析得出:随着烧结温度的增加,烧结体晶粒度逐渐减小,烧结体的致密度、硬度、抗折强度增加。Cr2N与Cr按1:0.5摩尔比混合,经50h球磨处理后的CN5粉末,在1100℃和40 MPa条件下得到烧结体的硬度、致密度和抗折强度分别达到22.09GPa、99.5%和239.1MPa。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-24
  1.1 课题背景  8
  1.2 CrN 和Cr_2N 的性质  8-9
  1.3 反铁磁性  9-10
  1.4 CrN 的应用  10-11
  1.5 CrN 的制备方法  11-15
  1.6 CrN 的难合成性  15-16
  1.7 非化学计量化合物的结构特征及性能  16-17
  1.8 机械合金化技术简介  17-22
    1.8.1 机械合金化技术的发展概况  18-19
    1.8.2 机械合金化过程  19-21
    1.8.3 机械合金化过程的影响因素  21-22
  1.9 本课题的研究意义与选题内容  22-23
  1.10 本章小结  23-24
第2章 实验材料、设备及方法  24-30
  2.1 CrN_x 粉末的制备及性能检测  24-27
    2.1.1 实验材料及实验设备  24
    2.1.2 制备过程及主要参数  24-25
    2.1.3 CrN_x 粉体的性能检测  25-27
  2.2 烧结体的制备与性能检测  27-29
    2.2.1 实验材料及实验设备  27
    2.2.2 烧结体性能检测  27-29
  2.3 本章小结  29-30
第3章 机械合金化制备非化学计量比CrN_x  30-51
  3.1 机械合金化制备不同原料配比CrN_x 粉末  30-41
    3.1.1 不同原料配比CrN_x 粉末的结构变化  30-35
    3.1.2 不同原料配比CrN_x 粉末分解后的结构变化  35-40
    3.1.3 不同原料配比CrN_x 粉末形貌变化  40-41
  3.2 机械合金化制备不同球磨时间CrN_x 粉末  41-47
    3.2.1 不同球磨时间CrN_x 粉末的结构变化  41-43
    3.2.2 不同球磨时间CrN_x 粉末分解后的结构变化  43-46
    3.2.3 不同球磨时间CrN_x 粉末的形貌变化  46-47
  3.3 过程控制剂(酒精)对球磨CrN_x 的影响  47-49
  3.4 本章小结  49-51
第4章 非化学计量比CrN_x的烧结特性研究  51-62
  4.1 实验方法  51-55
    4.1.1 原料及模具  51
    4.1.2 SPS 等离子放电烧结设备  51
    4.1.3 SPS 烧结工艺  51-54
    4.1.4 分析测试  54-55
  4.2 烧结体结构分析  55-57
  4.3 烧结体性能测试  57-61
    4.3.1 烧结体致密度测试  57-58
    4.3.2 烧结体抗折强度测试  58-59
    4.3.3 烧结体显微硬度测试  59-60
    4.3.4 烧结体的断口形貌观察  60-61
  4.4 本章小结  61-62
结论  62-63
参考文献  63-66
致谢  66-67
作者简介  67

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中图分类: > 工业技术 > 冶金工业 > 冶金技术 > 粉末冶金(金属陶瓷工艺) > 粉末成型、烧结及后处理 > 烧结工艺
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