陶瓷與金屬焊接技術：金屬陶瓷材料發展應用的關鍵

Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金屬陶瓷是一種顆粒型復合材料，是在ＴｉＣ基金屬陶瓷的基礎上發展起來的新型金屬陶瓷。Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金屬陶瓷具有高硬度、耐磨、耐氧化、耐腐蝕等一系列優良綜合性能，在加工中顯示出較高的紅硬性和強度，它在相同硬度時耐磨性高于ＷＣ Ｃｏ硬質合金，而其密度卻只有硬質合金的1/2。因此，Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金屬陶瓷刀具在許多加工場合下可成功地取代ＷＣ基硬質合金而被廣泛用作工具材料，填補了ＷＣ基硬質合金和Ａｌ2Ｏ3陶瓷刀具材料之間的空白。我國金屬鈷資源較為貧乏，而作為一種戰略性貴重金屬，近年來鈷的價格持續上揚，因此，Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金屬陶瓷刀具材料的研制開發和廣泛應用，不僅可推動我國硬質合金材料的升級換代，而且在提高國家資源保障程度方面也具有重要的意義。 我們研制的是添加ＴｉＮ的Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金屬陶瓷。由于ＴｉＣ比ＷＣ具有更高的硬度和耐磨性，ＴｉＮ的加入可起到細化晶粒的作用，故Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金屬陶瓷可表現出比ＷＣ基或ＴｉＣ基硬質合金更為優越的綜合性能。這種新型金屬陶瓷刀具材料的廣泛應用是以其成功的連接技術為前提的，國內外對陶瓷與金屬的連接開展了不少的研究，但對于金屬陶瓷與金屬連接的技術研究較少，以致于限制了Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金屬陶瓷材料在工業生產中的廣泛應用。常用的連接陶瓷與金屬的焊接方法有真空電子束焊、激光焊、真空擴散焊和釬焊等。在這些連接方法中，釬焊、擴散焊連接方法比較成熟、應用較廣泛，過渡液相連接等新的連接方法和工藝正在研究開發中。本文在總結各種陶瓷與金屬焊接方法的基礎上，對金屬陶瓷與金屬的焊接技術進行初步探討，在介紹各種適用于金屬陶瓷與金屬焊接技術方法的同時，指出其優缺點和有待研究解決的問題，以期推動金屬陶瓷與金屬焊接技術的研究，進而推廣這種先進工具材料在工業領域的應用。

Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金屬陶瓷性能特點及應用現狀 Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金屬陶瓷是在ＴｉＣ基金屬陶瓷基礎上發展起來的一類新型工模具材料。按其組成和性能不同可分為：①成分為ＴｉＣ Ｎｉ Ｍｏ的ＴｉＣ基合金；②添加其它碳化物(如ＷＣ、ＴａＣ等)和金屬(如Ｃｏ)的強韌ＴｉＣ基合金；③添加ＴｉＮ的ＴｉＣ ＴｉＮ(或ＴｉＣＮ)基合金；④以ＴｉＮ為主要成分的ＴｉＮ基合金。 Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金屬陶瓷的性能特點如下： (1)高硬度，一般可達ＨＲＡ91～93.5，有些可達ＨＲＡ94～95，即達到非金屬陶瓷刀具硬度水平。 (2)有很高的耐磨性和理想的抗月牙洼磨損能力，在高速切削鋼料時磨損率極低，其耐磨性可比ＷＣ基硬質合金高3～4倍。 (3)有較高的抗氧化能力，一般硬質合金月牙洼磨損開始產生溫度為850～900℃，而Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金屬陶瓷為1100～1200℃，高出200～300℃。ＴｉＣ氧化形成的ＴｉＯ2有潤滑作用，所以氧化程度較ＷＣ基合金低約10%。 (4)有較高的耐熱性，Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金屬陶瓷的高溫硬度、高溫強度與高溫耐磨性都比較好，在1100～1300℃高溫下尚能進行切削。一般切削速度可比ＷＣ基硬質合金高2～3倍，可達200～400ｍ/ｍｉｎ。 (5)化學穩定好，Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金屬陶瓷刀具切削時，在刀具與切屑、工件接觸面上會形成Ｍｏ2Ｏ3、鎳鉬酸鹽和氧化鈦薄膜，它們都可以作為干潤滑劑來減少摩擦。Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基合金與鋼不易產生粘結，在700～900℃時也未發現粘結情況，即不易產生積屑瘤，加工表面粗糙度值較低。 Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金屬陶瓷在具有良好綜合性能的同時還可以節約普通硬質合金所必需的Ｃｏ、Ｔａ、Ｗ等貴重稀有金屬材料。隨著人類節約資源推行“綠色工業”進程的加快，Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金屬陶瓷必會成為一種大有前途的工具材料。目前，Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金屬陶瓷材料得到世界各國尤其是日本的廣泛深入研究，一些國家已在積極應用和推廣這種刀具材料，世界各主要硬質合金生產廠家都推出了商品牌號的含氮金屬陶瓷。如日本三菱綜合材料公司開發的ＮＸ2525牌號超細微粒金屬陶瓷的硬度達到92.2ＨＲＡ，抗彎強度達2.0ＧＰａ，兼具高硬度和高韌性。我國在“八五”期間也成功研制出多種牌號的Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金屬陶瓷刀具，并批量上市，現已發展成為獨立系列的一類刀具材料。

金屬陶瓷與金屬焊接的技術方法 在工業加工生產中，切削加工刀具的刀片與刀桿的連接方式有兩種：焊接式和機夾式。刀具的刀片和刀桿連接的好壞直接影響刀具的使用壽命。宋立秋等通過實驗研究表明：選用焊接式連接刀片和刀桿時，刀具耐用度高；選用機夾式時，刀具耐用度低。由于Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金屬陶瓷屬于脆性材料，熔點比金屬高，其線膨脹系數與金屬相差較大，使得Ｔｉ(Ｃ，Ｎ)基金屬陶瓷刀片與刀桿焊后接頭中的殘余應力很高，加之與金屬的相容

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