郭繼偉，劉欽雷，榮守范，宋春梅

（佳木斯大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007）

鋼結(jié)合金，就是以鋼作為粘結(jié)相、以難熔金屬化合物為硬質(zhì)相的復(fù)合材料。它繼承了硬質(zhì)合金和鋼基體各自的優(yōu)點(diǎn)，兼有硬質(zhì)合金的高硬度、高耐磨性和高強(qiáng)度，同時(shí)具有鋼的可加工性、可熱處理性、可鍛性和可焊接性，填補(bǔ)了兩者之間的空白。碳化鈦具有硬度高、抗氧化、耐腐蝕、比重小、熱穩(wěn)定性好及優(yōu)異的物理化學(xué)性能，在燒結(jié)過程中晶粒長大傾向小，一般呈圓形，從而為合金提供優(yōu)良的使用性能，是一種比較理想的硬質(zhì)相。由于世界上鈦資源豐富、易提取、價(jià)格比鎢低廉，因此碳化鈦鋼結(jié)合金獲得普遍的應(yīng)用。碳化鎢亦可作為鋼結(jié)合金的硬質(zhì)相，也能為合金提供較高的耐磨性。但由于碳化鎢在燒結(jié)時(shí)晶粒易于長大，呈棱角形，對合金的某些組織與性能不利。同時(shí)鎢資源比較缺乏，很少采用碳化鎢作鋼結(jié)合金的硬質(zhì)相[1]。

近幾年出現(xiàn)了很多新的硬質(zhì)相和粘結(jié)相，如TiN[2,3]、NbC[3]、TiCN、TiB2、Mo2FeB2、Cr3C2、VC[4]、NV、WC-Co[5]；新的粘結(jié)相主要是在傳統(tǒng)鋼基體：碳素鋼、合金工具鋼、高速鋼、不銹鋼、高錳鋼加入Mn、B、V、Cu、Co、Ti、Al、Nb、Si等元素使其具有高強(qiáng)度、抗沖擊、抗回火、抗氧化、耐高溫、耐腐蝕、抗震、磁性、非磁性等性能；另外，也有報(bào)道加入適量稀土可以凈化晶界、細(xì)化晶粒、減少孔隙度、對碳化鈦和鋼基體的潤濕性也有一定促進(jìn)作用[6,7]。

1 碳化鈦鋼結(jié)合金的制備方法

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，傳統(tǒng)的制備方法如熔體浸漬法等已逐漸被淘汰，新的制備方法層出不窮，特別是CVD、PVD、火焰噴涂、磁控濺射、激光熔覆等表面技術(shù)的介入或不同制備方法的相互融合使得碳化鈦鋼結(jié)合金的制備方法不斷更新；但占主流的仍然是粉末冶金法和原位合成法。

1.1 粉末冶金法

目前現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)和理論的研究已成為材料科學(xué)領(lǐng)域熱點(diǎn)和前沿方向，而且粉末冶金技術(shù)已滲透到材料的各個(gè)領(lǐng)域，成為材料制備和加工的重要方法之一。粉末冶金法是主要以碳化鈦粉和還原鐵粉及其他合金粉為原料經(jīng)混合、成型和燒結(jié)來制備碳化鈦鋼結(jié)合金產(chǎn)品的一種工藝。該法具有一系列技術(shù)特點(diǎn)：（1）可有效控制TiC鋼結(jié)合金的孔隙度；（2）可充分利用TiC與鋼基體不同成分的組合效果實(shí)現(xiàn)各種性能設(shè)計(jì)要求；（3）為TiC硬質(zhì)相含量和尺寸范圍的調(diào)整提供了條件；（4）確保了TiC在鋼基體中的均勻性，避免了成分的嚴(yán)重偏析；（5）較好地控制了晶粒細(xì)化和晶粒長大，而較高的位錯(cuò)密度則為TiC鋼結(jié)硬質(zhì)合金獲得優(yōu)越的機(jī)械性能提供了可能[8，9]。

大量的材料工作者對粉末冶金法制備TiC鋼結(jié)合金的工藝做了大量的探索和一定改進(jìn)。文獻(xiàn)[10，11]通過添加一定比例的羰基鐵粉，改善粉末的壓制性能、降低燒結(jié)溫度、促進(jìn)合金的致密化。其中從文獻(xiàn)[10]得知：添加羰基鐵粉可以改善TiC鋼結(jié)硬質(zhì)合金的壓制性能，其中30%（占鐵量）添加量最好，在300MPa的壓力下其密度由未加羰基鐵粉的4.799 g/cm3提高到4.969 g/cm3時(shí)；添加羰基鐵粉可以改善TiC鋼結(jié)硬質(zhì)合金的燒結(jié)性能，能起到強(qiáng)化燒結(jié)的作用，其中在1410℃下添加45%（占鐵量）羰基鐵粉的合金密度為6.459 g/cm3，而未添加者密度為6.129 g/cm3。文獻(xiàn)[12，13]研究了高能球磨對碳化鈦鋼結(jié)合金組織與性能的影響，在一定時(shí)間內(nèi)，隨著球磨時(shí)間的增加，合金組織細(xì)化，成分均勻性增加，合金的密度、硬度和抗彎強(qiáng)度均增大。另外如超微粉末的制備技術(shù)、快速凝固、機(jī)械合金化、粉末熱等靜壓、快速全向壓制、高速壓制、電磁成形、超固相線燒結(jié)、選擇性激光燒結(jié)、電場活化燒結(jié)等新技術(shù)的發(fā)展使粉末冶金材料向全致密、高性能方向發(fā)展。

但是此法也有其不足：一是由于模具的限制，制備復(fù)雜形狀和較大的試樣比較困難；二是在混料的過程中不可避免的污染了碳化鈦硬質(zhì)相和粘結(jié)相界面，降低他們的潤濕性。

1.2 原位合成法

1.2.1 反應(yīng)鑄造法

此法是在傳統(tǒng)熔鑄法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，傳統(tǒng)熔鑄法是將碳化鈦直接加到鋼液中，這樣對碳化鈦和鋼界面會產(chǎn)生不利影響；而反應(yīng)鑄造法是將鈦粉和碳粉加入到鋼液中，這樣生成的碳化鈦顆粒細(xì)小，均勻分布在鋼基體中，而且碳化鈦和基體相容性好。

由文獻(xiàn)[14]可知用此法成功地制備了碳化鈦增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料并提出了此法的四個(gè)重要步驟：第一，為了將反應(yīng)物鈦粉和碳粉加入到鐵基合金中，鈦粉和碳粉的壓制塊由于受澆注時(shí)熔化鐵合金的沖擊力而解體；第二，反應(yīng)物在鐵合金中的溶解和擴(kuò)散；第三，反應(yīng)物吸收來自鐵合金凝固過程中放出的熱量以及共晶反應(yīng)放出的潛熱來克服反應(yīng)所需要的激活能；第四，溶解物鈦和碳在鐵合金中原位化合成碳化鈦。文獻(xiàn)[15]原料中除了鈦粉、碳粉和鐵粉外還加入了A3鋼和硅鐵中間合金以調(diào)整反應(yīng)物的成分，其中生料的碳鈦比對是否能生成的飽和碳的碳化鈦起關(guān)鍵性作用，同時(shí)對抑制Fe2Ti沉淀相的生成也有十分重要的作用；脆性的Fe2Ti沉淀相復(fù)合材料的沖擊韌性極為不利。文獻(xiàn)[16]額外加入以鉻鐵粉、鉬鐵粉和沒有加之前相比較，其組織更加致密，其抗彎強(qiáng)度升高；硬質(zhì)相（Ti,V）C的面間距比硬質(zhì)相TiC的面間距均有不同程度的減小，（Ti,V）C顆粒尺寸明顯減小，分布更均勻，顆粒形狀趨于球形。

1.2.2 自蔓延燃燒合成法

自蔓延燃燒合成法基本原理是將合成碳化鈦鋼結(jié)合金的組分原料在真空或惰性氣氛中引燃，利用組分之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)放熱，使反應(yīng)自動蔓延燃燒，直至全部完成。此法雖然操作簡單，能產(chǎn)生瞬間高溫使雜質(zhì)揮發(fā)；但是對各組分的純度要求很高，且反應(yīng)過程很難控制，產(chǎn)品氣孔率高，密度低。

文獻(xiàn)[17]利用商用鈦粉、鎳粉和碳粉通過自蔓延技術(shù)成功地合成了碳化鈦鎳基復(fù)合材料，其中鎳在反應(yīng)過程中起到稀釋劑的作用阻礙碳的擴(kuò)散，并隨其含量的增加碳化鈦顆粒分布相對均勻、顆粒細(xì)化；和沒有強(qiáng)化的鋼基體合金相比硬度和耐磨性分別提高67.6%和349%。文獻(xiàn)[18，19]利用Al-Ti-C預(yù)制塊在Al-4.5Cu熔體中發(fā)生自蔓延高溫反應(yīng)。Al首先與Ti發(fā)生反應(yīng)生成TiAl3，同時(shí)放出大量的熱引發(fā)TiC的生成，由于TiAl3的熱力學(xué)不穩(wěn)定性，在高溫下分解進(jìn)而完全轉(zhuǎn)化為彌散分布的TiC顆粒；研究了溫度對其拉伸性能的影響，原位生成的TiC粒子在800℃～1000℃范圍內(nèi)隨溫度的升高，TiC粒子的量逐漸增多，拉伸性能也隨之提高；并對TiC顆粒的增強(qiáng)機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。文獻(xiàn)[20]則是用鈦粉、鐵粉和碳粉成功地合成了碳化鈦增強(qiáng)鐵基的復(fù)合粉體并用等離子噴涂的方法將其噴在材料的表面，研究了涂層的附著性能、硬度及耐磨性。研究發(fā)現(xiàn)隨鐵含量的增加，自蔓延反應(yīng)的溫度及速度均降低；當(dāng)超過60%時(shí)，反應(yīng)則沒有自蔓延反應(yīng)的特征。以上均是從工藝方面研究碳化鈦對不同基體的強(qiáng)化效果，而文獻(xiàn)[21]則是利用同步X-射線衍射分析儀器研究了鈦粉、鐵粉和碳粉自蔓延反應(yīng)的機(jī)理并利用熱膨脹系數(shù)和衍射峰變化的關(guān)系計(jì)算出了反應(yīng)的溫度；由圖1幾個(gè)關(guān)鍵階段的X-射線衍射圖譜，仔細(xì)研究不難發(fā)現(xiàn)各個(gè)階段的物理化學(xué)變化，反應(yīng)的機(jī)理一目了然。

圖1 幾個(gè)關(guān)鍵階段的同步X射線衍射圖譜

其中，右邊為反應(yīng)時(shí)間（單位：s），各曲線的意義：a起始階段，b重結(jié)晶，c鈦的相變，d鐵的相變，e液相出現(xiàn)，f碳的溶解及碳化鈦出現(xiàn)，g除碳化鈦外，其他物質(zhì)的熔化，h中間產(chǎn)物，i成品。

1.2.3 碳熱還原法

該法是利用碳、鋁等還原劑直接還原含氧化合物或含氧金屬礦物來制備復(fù)合材料的一種新技術(shù)。該技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)90年代初，研究工作主要集中在英國Nottinghan大學(xué)，澳大利亞國立大學(xué)和中國重慶大學(xué)[21]。

文獻(xiàn)[23]利用二氧化鈦和碳粉在質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的1300℃鹽浴中，歷時(shí)3 h成功地合成了Ti（C,N）粉末，NaCl的存在對該反應(yīng)有強(qiáng)烈的積極作用：降低Ti（C,N）粉末中C的含量，起始反應(yīng)溫度和促進(jìn)Ti（C,N）顆粒的生成；并對該反應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行了探討。王鑫、吳一等人利用碳粉還原鈦鐵礦來合成TiC鋼結(jié)合金，但是C是將FeTiO3中的Ti還原成單質(zhì)Ti還是TiC，單純從熱力學(xué)上來說都有可能，有人對此進(jìn)行了熱力學(xué)計(jì)算[8，24，25]：

可見，生成TiC的溫度要比生成純Ti的溫度低近350℃，為制備碳化鈦鋼結(jié)合金提供了依據(jù)。由此法原位合成技術(shù)制備TiC鋼結(jié)合金,可以實(shí)現(xiàn)合成和燒結(jié)一步完成，降低成本；但是都不可避免的是有氣體的產(chǎn)生，對材料的致密化不利，同時(shí)也有礦物的殘留對材料的顯微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生有害影響。

2 界面結(jié)構(gòu)及潤濕性

結(jié)合良好的界面決定了碳化鈦鋼結(jié)合金復(fù)合材料的性能，原位自生碳化鈦在制備過程中避免了界面污染，也在一定程度上解決了碳化鈦和鋼基體的潤濕性問題；但是也不可避免產(chǎn)生了脆性的金屬間化合物，金屬間化合物的組織形態(tài)將嚴(yán)重影響鋼結(jié)合金的沖擊韌性。而以粉末冶金法制備的碳化鈦鋼結(jié)合金幾乎沒有金屬間化合物的生成，但是碳化鈦和鋼基體的潤濕性問題沒有得到很好的解決；眾所周知，在鋼基體中加入元素Mo能明顯改善TiC和基體的潤濕性并能顯著提高材料的強(qiáng)度和硬度，其界面結(jié)構(gòu)是在TiC顆粒的周圍形成TiC-Mo2C固溶體，即著名的SS相?？上У氖荕o2C是脆性相，在受力時(shí)容易產(chǎn)生裂紋并擴(kuò)展造成材料的破壞。

因此有很多研究人員為了改善TiC和基體的界面結(jié)構(gòu)及潤濕性做了大量的工作，研究的熱點(diǎn)集中在Al及Al合金。文獻(xiàn)[30]研究了TiC和Al-Si合金的界面，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)速率從600℃到800℃逐漸增加，生成非化學(xué)平衡的Ti-Al-Si的金屬間化合物及Al4C3層；DSC實(shí)驗(yàn)顯示在885℃以上時(shí)，非化學(xué)平衡的Ti-Al-Si的金屬間化合物及Al4C3反應(yīng)生成了的TiC和Ti3SiC2相。文獻(xiàn)[25]分別研究了Al，Mg對TiC的潤濕，發(fā)現(xiàn)Al液滴能潤濕效果不佳，Mg液滴不潤濕；文獻(xiàn)[27]提出了“Ti過渡區(qū)”理論即在TiC粒子周圍存在一個(gè)Ti的濃度梯度0.04%～43.05%，Mohanty提出當(dāng)Ti濃度達(dá)到0.05%就會有金屬間化合物TiAl3生成，該理論認(rèn)為TiAl3僅是“Ti過渡區(qū)”的一個(gè)特殊相，但并未指出TiC粒子周圍的富Ti相具體是何種相；而文獻(xiàn)[28，29]對Al-Mg合金和TiC界面反應(yīng)和潤濕性進(jìn)行了詳細(xì)的研究。結(jié)果表明：TiC可以被Al-Mg合金所潤濕，在1%～24%范圍內(nèi)隨Mg含量增加，降低Al液的表面張力，界面反應(yīng)層變厚，潤濕性變好；而且溫度和時(shí)間對潤濕也起著關(guān)鍵性的作用，在750℃～800℃范圍內(nèi)，隨時(shí)間延長到150min仍不潤濕，隨著溫度升高到900℃保溫10min潤濕效果明顯，見圖2。通過電子探針顯微分析發(fā)現(xiàn)界面處有Al4C3和微量的TiAl3生成，由電子掃描顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)TiC顆粒被Al-Mg合金所包圍并形成連續(xù)的Al4C3界面層，顯然發(fā)生了界面反應(yīng)，研究結(jié)果還表明：反應(yīng)放出的能量為金屬液滴的鋪展提供了驅(qū)動力，隨反應(yīng)層厚度增加，潤濕角逐漸變小，液滴半徑逐漸增大。

A.Contreras不光研究了上述Al-Mg合金，而且還研究了TiC和Al-Cu合金界面結(jié)構(gòu)及潤濕性。所有的Al-Cu合金（1%、4%、8%、20%、33%及100%Cu）都能和TiC反應(yīng)生成范圍廣泛的一個(gè)反應(yīng)層，界面厚度隨反應(yīng)的溫度、合金的化學(xué)成分及保溫時(shí)間密切相關(guān)；在800℃～900℃隨Cu含量的增加潤濕性變好，而在更高的溫度如1000℃則呈相反的趨勢；原因是Cu含量的增加，合金的低共熔點(diǎn)顯著降低。反應(yīng)的高激活能預(yù)示并不是簡單粘度控制的現(xiàn)象，而是化學(xué)反應(yīng)控制的，潤濕角的降低歸因于界面反應(yīng)主要產(chǎn)物：Al4C3，CuAl2O4，CuAl2，TiCu 的生成；由于潤濕角的降低，附著功隨溫度的升高而升高，界面的結(jié)合強(qiáng)度增大，材料的機(jī)械性能也隨之增強(qiáng)[30]。

圖2 900℃下Al-1mg/TiC和Al-20Mg/TiC系統(tǒng)液滴形狀隨時(shí)間的演變

也有人對其他的非活性金屬（Cu，Ag， Au和Sn）和 TiC 的潤濕性做了研究[31]。Ag、Cu、Au和 Sn在1150℃潤濕角隨時(shí)間變化關(guān)系如圖3。

由于TiC部分溶于熔化的金屬中，TiC/Sn和TiC/Cu系統(tǒng)的潤濕角達(dá)到了略低于90°的平衡值；TiC/Ag系統(tǒng)根本就不潤濕歸因于Ag-Ti熔化液體的固有屬性；TiC/Au系統(tǒng)也不潤濕歸因于Au-Ti間強(qiáng)烈的相互作用，使得在TiC和熔化金屬液之間形成一層石墨層。在加入活性金屬Ti以后明顯改善潤濕效果，潤濕角顯著減小見圖4。Ti的加入在金屬和TiC界面形成非化學(xué)計(jì)量的TiC，才因此顯著減小潤濕角；非化學(xué)計(jì)量的TiC的形成機(jī)理Eustathopoulos作出了解釋即TiC溶解于含Ti的熔融合金中，發(fā)生了TiC→TiC+C反應(yīng)，而后非化學(xué)計(jì)量的TiC在界面處沉淀。

以上均是從界面反應(yīng)的角度來闡述潤濕性，綜上可知,由于伴隨著不同程度的界面化學(xué)反應(yīng),反應(yīng)性潤濕過程中液態(tài)金屬的表面張力并不是影響液態(tài)金屬在陶瓷表面潤濕性的主要參數(shù),潤濕作用主要是通過界面反應(yīng)形成界面反應(yīng)產(chǎn)物來實(shí)現(xiàn)。此界面產(chǎn)物的生成使?jié)櫇襁^程在一個(gè)具有更優(yōu)良潤濕性能的中間層上進(jìn)行,極大地改善了潤濕效果。反應(yīng)性潤濕過程時(shí)間較長,一般隨著時(shí)間的延長,潤濕角減小。此外,反應(yīng)性潤濕隨著合金元素的加入及溫度的提高而粘結(jié)功增大,潤濕性提高[33]。

由于計(jì)算材料科學(xué)的發(fā)展，材料科學(xué)研究中廣泛使用的原子理論深入到電子理論,在價(jià)電子結(jié)構(gòu)的層次上來闡述潤濕性的本質(zhì)即根據(jù)余瑞璜先生提出的固體與分子經(jīng)驗(yàn)電子理論來計(jì)算各元素的價(jià)電子結(jié)構(gòu)，從化學(xué)鍵的角度剖析潤濕性。國外鮮有此類報(bào)道，國內(nèi)主要是合肥工業(yè)大學(xué)的許育東、劉寧、陳明海等人對此進(jìn)行了較深入的研究。文獻(xiàn)[34]利用固體與分子經(jīng)驗(yàn)電子理論對TiC價(jià)電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算，并利用原子軌道雜化理論分析Ti和C原子在高溫下可能的雜化組合狀態(tài)，計(jì)算出高溫時(shí)價(jià)電子數(shù)增多，則Ti-C共價(jià)鍵越強(qiáng)即具有高溫穩(wěn)定性。由許育東、劉寧、陳明海等人的研究表明：隨著價(jià)電子數(shù)的增多，潤濕角減小；高溫時(shí)TiC價(jià)電子數(shù)增多，則其潤濕角就減小。許育東、劉寧、陳明海等人研究了碳化物：Mo2C、TaC、WC、VC、N bC對Ni/TiC體系價(jià)電子結(jié)構(gòu)的影響，他們利用EET理論和鍵距差法計(jì)算了多元陶瓷相的各原子的雜化狀態(tài)和原子結(jié)構(gòu)的特征參數(shù)，運(yùn)用多元線性回歸建立了成分與價(jià)電子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，并且將價(jià)電子結(jié)構(gòu)與座滴法實(shí)驗(yàn)測得的接觸角進(jìn)行了回歸分析。結(jié)果表明：不同碳化物的添加均能導(dǎo)致最強(qiáng)鍵上共價(jià)電子數(shù)的增加，其中添加VC的影響最為顯著，依次為 VC＞Mo2C＞NbC＞W(wǎng)C＞TaC；一般來說，碳化物的添加使共價(jià)電子數(shù)越高，體系的潤濕角下降；同時(shí)共價(jià)電子數(shù)越高，鍵能也就越高，顯然潤濕角隨鍵能的增加持續(xù)下降，體系潤濕性得到改善。VC除外，其雖然是提高共價(jià)電子數(shù)最顯著的碳化物，但是沒有表現(xiàn)出對潤濕性改善的起到明顯作用，對此尚未有理論解釋[35]。而徐文武，鄒正光，吳一等人則通過建立添加 Mo的TiC/Fe鋼結(jié)合金的結(jié)構(gòu)模型，計(jì)算Mo 的添加對環(huán)形相（Ti1-xMox）C（0＜x≤1）價(jià)電子結(jié)構(gòu)以及陶瓷相/α-Fe界面價(jià)電子結(jié)構(gòu)的影響：Mo的添加使陶瓷相最強(qiáng)共價(jià)鍵增強(qiáng)，陶瓷相表面能升高，有利于金屬對陶瓷相的潤濕；Mo加入后在金屬-陶瓷界面上形成環(huán)形相，環(huán)形相的出現(xiàn)使界面電子密度升高,界面電子云重疊程度增加,界面化學(xué)鍵結(jié)合力增強(qiáng),界面結(jié)合能增大,有利于界面潤濕的改善；另外當(dāng)x=0.5時(shí)，Mo改善界面潤濕的效果最佳[35]。

以上根據(jù)EET理論計(jì)算各元素的價(jià)電子結(jié)構(gòu)，再通過分析這種微觀電子結(jié)構(gòu)上的變化以及宏觀潤濕機(jī)理，在微觀與宏觀之間建立了一定的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了在電子結(jié)構(gòu)層次上對潤濕機(jī)理的探討，為鋼結(jié)合金的設(shè)計(jì)提供了更完備的理論依據(jù)。但是該方法對于簡單的金屬/陶瓷的界面電子結(jié)構(gòu)計(jì)算比較準(zhǔn)確可靠。由于該方法所需深厚的固體物理基礎(chǔ)知識和有關(guān)計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)較多；計(jì)算過程復(fù)雜且計(jì)算量巨大，所以目前研究成果及相關(guān)研究人員還很少。并且該法對復(fù)雜的合金與陶瓷界面的電子結(jié)構(gòu)及附著功難于計(jì)算。

3 應(yīng)用與展望

相對于WC作為硬質(zhì)相的鋼結(jié)硬質(zhì)合金，TiC的硬度高于WC，熱穩(wěn)定性好于WC，而密度僅為4.90g/cm3，具有良好的抗高溫氧化性能；TiC中的碳含量能在很大的范圍波動，這在成分上提供了極大的靈活性[8]。TiC晶粒呈立方形，較六方晶型的WC，晶粒更少的棱面，晶面更為平滑?？赡芫哂袃?yōu)良的抗裂紋形成能力，不易產(chǎn)生應(yīng)力集中，優(yōu)良的潤滑性能和更低的摩擦系數(shù)。這些優(yōu)異的性能特點(diǎn)使TiC系列的鋼結(jié)硬質(zhì)合金在切削工具和航天航空、模具等領(lǐng)域以及作為耐磨構(gòu)件得到了廣泛的應(yīng)用[37]。

目前,切削工具中Co-Ni金屬粘結(jié)的TiC（N）硬質(zhì)顆粒已經(jīng)制成各種刀片，如用于孔的精鏜及“以車代磨”等精加工領(lǐng)域以及用D3材料制作麻花鉆[38～39]、用GJW50制作冷拔冷軋螺紋鋼絲軋機(jī)的軋輥[40]；文獻(xiàn)[41]采用自蔓延高溫合成的Fe-Ti金屬粘結(jié)TiC根據(jù)其顯微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能也較適合作切削工具。在航空航天方面，早在20世紀(jì)60、70年代美國就用Ferro-TiC鋼結(jié)合金材料制造了用于飛機(jī)、飛行器、導(dǎo)彈等精確制導(dǎo)系統(tǒng)中的陀螺儀[42]，且使用效果好可靠性高，用于加工波音737飛機(jī)起落架元件的鏜桿也是Ferro-TiC材質(zhì)。近年，隨粘結(jié)相的擴(kuò)大，發(fā)現(xiàn)Cu粘結(jié)的TiC復(fù)合材料具有較好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐磨及抗燒蝕等性能，具有作為火箭喉襯、護(hù)板等材料的潛力[43]；使用已久的Ni基、Fe-Ni基粘結(jié)相分別由于潤濕性、高溫脆性問題限制了其在航空航天方面的應(yīng)用，而研究發(fā)現(xiàn)Fe-Si，F(xiàn)e-Al粘結(jié)碳化鈦復(fù)合材料的高溫性能大大優(yōu)于Fe-Ni[44，45]。在地質(zhì)、礦山等耐磨抗沖擊工具方面，主要是用鑲鑄和焊接工藝將碳化鈦鋼結(jié)硬質(zhì)合金塊和載體接合，如應(yīng)用在建材工業(yè)和采礦工業(yè)的大型粉碎機(jī)錘頭，鑲鑄后其使用壽命較工業(yè)高錳鋼同類產(chǎn)品高5～10（倍），將碳化鈦鋼結(jié)硬質(zhì)合金焊接在鉆頭上，大大降低了鉆頭成本也提高了使用壽命。

碳化鈦鋼結(jié)硬質(zhì)合金作為工模具材料和新型的工程材料已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域。以粉末冶金法為代表的各種生產(chǎn)手段已大規(guī)模地用于制造該類材料。然而，國內(nèi)鋼結(jié)硬質(zhì)合金產(chǎn)品的質(zhì)量與國際水平相比還有一定差距，產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定，使其應(yīng)用成本一直居高不下。究其原因在于：金屬陶瓷的基礎(chǔ)研究還相對滯后；復(fù)合材料的表征測試研究還需須進(jìn)一步加強(qiáng)[46]，許多涉及合金材料本質(zhì)的問題期待更為成熟的理論指導(dǎo)，如硬質(zhì)相碳化鈦與鋼基體界面的潤濕性問題以及相界面動力學(xué)過程研究[47]、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成機(jī)制、制備工藝與性能的相互關(guān)系等[48,49]。開發(fā)超細(xì)和納米級鋼結(jié)硬質(zhì)合金粉末，改善納米合金燒結(jié)新技術(shù)、新設(shè)備，加強(qiáng)對納米粉末、納米合金進(jìn)行分析及檢測技術(shù)的研究[50]。因此，努力降低成本，加強(qiáng)基礎(chǔ)理論對合金生產(chǎn)的指導(dǎo)作用，不斷提高合金的綜合力學(xué)性能等仍是今后發(fā)展的基本趨勢。

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