秦 運(yùn)，王宗元，王 杰，彭卓豪，季思源，萬維財(cái)

(西華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，四川 成都 610039)

0 前 言

隨著工業(yè)的發(fā)展，諸多服役條件要求工程材料在強(qiáng)腐蝕環(huán)境中保持穩(wěn)定性和高力學(xué)性能[1]。Ti(C,N)基金屬陶瓷是一種由陶瓷相和金屬相組成的新型硬金屬材料，其陶瓷相具有較高的硬度和優(yōu)異的耐磨性，金屬相則為材料提供了良好的韌性。在金屬陶瓷成分設(shè)計(jì)過程中，通常加入一系列碳化物(Mo2C、WC、TaC、VC等)添加劑，通過構(gòu)建芯-環(huán)結(jié)構(gòu)來調(diào)控微觀組織結(jié)構(gòu)以及改善陶瓷相與金屬相之間的潤(rùn)濕性。Ti(C,N)基金屬陶瓷因?yàn)槠涓邚?qiáng)度、高硬度和高耐磨性等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于切削刀具和耐磨結(jié)構(gòu)件領(lǐng)域。相對(duì)于傳統(tǒng)的WC-Co硬質(zhì)合金來說，Ti(C,N)基金屬陶瓷在耐高溫、耐腐蝕結(jié)構(gòu)件領(lǐng)域具有很大的競(jìng)爭(zhēng)力[2，3]。但是在石油化工、礦山、化纖、冶金等應(yīng)用環(huán)境更為惡劣的工況中，Ti(C,N)基金屬陶瓷材料依然面臨著腐蝕、磨損以及腐蝕磨損交互作用而導(dǎo)致零部件失效、損壞等問題[2],因此，增強(qiáng)Ti(C,N)基金屬陶瓷的耐磨性和耐蝕性對(duì)其在工業(yè)上的應(yīng)用來說非常重要。

1 Ti(C,N)基金屬陶瓷的腐蝕行為

金屬陶瓷復(fù)合材料的腐蝕主要是金屬相與其所處的環(huán)境之間發(fā)生化學(xué)、電化學(xué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致材料發(fā)生劣化并被破壞。電化學(xué)腐蝕是金屬陶瓷材料的主要腐蝕機(jī)理，在腐蝕過程中，金屬粘結(jié)相最先被腐蝕，然后從材料表面脫落；失去粘結(jié)相后，晶粒暴露在表面，導(dǎo)致材料被進(jìn)一步腐蝕[3]。另外，由于硬質(zhì)相與粘結(jié)相之間存在電位差，容易發(fā)生原電池反應(yīng)，腐蝕速度也會(huì)進(jìn)一步加快，影響材料的使用壽命。通常情況下，Ti(C,N)基金屬陶瓷的耐蝕性主要由金屬粘結(jié)相所決定，粘結(jié)相(如Ni、Co)往往優(yōu)先被溶解和腐蝕。因此，粘結(jié)相的成分與含量對(duì)金屬陶瓷材料的耐腐蝕性有重要影響。此外，由于陶瓷相和金屬相之間的潤(rùn)濕性不佳，通常引入第二相碳化物(如Mo2C,WC,ZrC,Cr3C2等)，在燒結(jié)過程中通過溶解-析出機(jī)制形成芯-環(huán)結(jié)構(gòu)，來改善金屬陶瓷的性能。本節(jié)主要從粘結(jié)相成分以及碳化物添加劑2個(gè)方面對(duì)Ti(C,N)基金屬陶瓷的腐蝕行為的影響進(jìn)行了綜述。

1.1 粘結(jié)相成分對(duì)Ti(C,N)基金屬陶瓷腐蝕行為的影響

金屬粘結(jié)相是Ti(C,N)基金屬陶瓷在腐蝕環(huán)境中的薄弱相，因此，提高粘結(jié)相的腐蝕性能是改善金屬陶瓷材料耐腐蝕性的關(guān)鍵。一般認(rèn)為，金屬陶瓷中粘結(jié)相含量越低，金屬陶瓷的耐腐蝕性越高。但是，降低粘結(jié)相含量將導(dǎo)致金屬陶瓷材料的力學(xué)性能(尤其是斷裂韌性和沖擊強(qiáng)度)的急劇降低，因而通過降低粘結(jié)相含量而提高Ti(C,N)基金屬陶瓷的耐腐蝕性是不可行的。

劉毅等[4]研究了粘結(jié)相中Co和Ni的比例對(duì)Ti(C,N)基金屬陶瓷的腐蝕性能的影響，Ti(C,N)基金屬陶瓷在H2SO4溶液中浸泡腐蝕120 h后的SEM形貌和質(zhì)量損失量如圖1所示。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)粘結(jié)相中的Co用Ni全部或部分替代時(shí)，可以顯著改善金屬陶瓷在硫酸溶液中的耐腐蝕性。Co和Ni的質(zhì)量比為1的材料(T3)具有良好的耐腐蝕性，這是由于Ni的腐蝕電位高于Co，鈍化作用顯著。Chen等[5]研究了Cr部分取代Ni對(duì)H2SO4溶液中Ti(C,N)基金屬陶瓷的顯微組織和耐腐蝕性的影響，結(jié)果表明，用Cr部分取代Ni對(duì)金屬陶瓷的微觀組織的影響不大，隨著粘結(jié)劑中Cr含量的增加，Cr在Ni粘結(jié)劑中的溶解度變大，Ti基和Cr基鈍化層產(chǎn)生協(xié)同作用，生成致密的鈍化層，阻礙了H2SO4溶液繼續(xù)腐蝕金屬陶瓷內(nèi)部，增強(qiáng)了金屬陶瓷在H2SO4溶液中的耐蝕性。當(dāng)Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到4%時(shí)，腐蝕速率最小。

Xu等[6]研究了Cu的添加量對(duì)Ti(C,N)基金屬陶瓷腐蝕行為的影響。研究表明，Cu的加入改善了粘結(jié)相的性能，Cu部分溶解進(jìn)入粘結(jié)相中形成固溶體，從而提高了粘結(jié)相的耐蝕性，改善金屬陶瓷在硫酸溶液中的腐蝕行為。此外，Cu還能降低Ti(C,N)基金屬陶瓷的腐蝕電流密度，從而增強(qiáng)金屬陶瓷的耐蝕性。但添加過量Cu會(huì)導(dǎo)致粘結(jié)相與硬質(zhì)相之間的潤(rùn)濕性變差，導(dǎo)致孔隙增多，孔隙的存在使金屬陶瓷內(nèi)部在鹽酸溶液中受到電偶腐蝕，導(dǎo)致金屬陶瓷的耐蝕性降低。Xu等[7]研究了Ni含量對(duì)Ti(C,N)-WC-Mo2C-(Ni,Co)金屬陶瓷腐蝕行為的影響，結(jié)果表明，添加適當(dāng)含量的Ni可提高Ti(C,N)基金屬陶瓷在HCl和NaOH腐蝕溶液中的耐蝕性，這主要是因?yàn)镹i的加入可以改善Ti(C,N)基金屬陶瓷的鈍化行為,隨著Ni含量的增加，鈍化電流顯著降低，鈍化范圍擴(kuò)大，從而提高了材料的耐腐蝕性。Ti(C,N)基金屬陶瓷的腐蝕行為主要取決于粘結(jié)相的選擇性溶解和腐蝕表面氧化物的形成，粘結(jié)相氧化后形成的致密的鈍化膜(主要是TiOx和粘結(jié)相金屬氧化物)也是提高Ti(C,N)基金屬陶瓷在NaOH溶液中的耐蝕性的原因之一。

Xu等[8]研究了AlN對(duì)Ti(C,N)基金屬陶瓷耐蝕性的影響，發(fā)現(xiàn)粘結(jié)相中Al元素的出現(xiàn)可以增強(qiáng)金屬陶瓷的耐蝕性。在燒結(jié)過程中，Al元素?cái)U(kuò)散到粘結(jié)相，抑制了晶粒的生長(zhǎng)并強(qiáng)化了粘結(jié)相，此外，金屬陶瓷中Al元素的存在還可以抑制NaOH溶液中粘結(jié)相的腐蝕過程，從而提高了材料的耐腐蝕性。陳珊等[9]研究了Mo含量的變化對(duì)Ti(C,N)-Ni金屬陶瓷的影響，認(rèn)為粘結(jié)相中Mo元素的加入可以顯著提升Ti(C,N)基金屬陶瓷的耐腐蝕性能，不同Mo含量的Ti(C,N)基金屬陶瓷腐蝕20 d后的SEM形貌如圖2所示。一方面，Mo含量的不斷增加能夠改善硬質(zhì)相和粘結(jié)相之間的潤(rùn)濕性，提高金屬陶瓷的致密性，從而阻礙了腐蝕介質(zhì)的滲入；另一方面，粘結(jié)劑中Mo的固溶作用也提高了粘結(jié)劑的耐腐蝕性能，進(jìn)而提高了材料的耐腐蝕性。

綜上，可以看出，在Ti(C,N)基金屬陶瓷中采用耐腐蝕性更好的金屬(如Ni)部分或全部取代Co作為粘結(jié)相，可以顯著提高金屬陶瓷材料的耐腐蝕性。另一方面，通過合金元素固溶強(qiáng)化粘結(jié)相也可以適當(dāng)提高金屬粘結(jié)相的電極電位，從而提高金屬陶瓷材料的耐腐蝕性。

1.2 碳化物添加劑對(duì)Ti(C,N)基金屬陶瓷腐蝕行為的影響

Ti(C,N)基金屬陶瓷中的陶瓷相與粘結(jié)相的潤(rùn)濕性較差，因此常在材料中加入WC、Mo2C、ZrC等碳化物作為添加劑，在燒結(jié)過程中通過溶解-析出機(jī)理形成芯-環(huán)結(jié)構(gòu)以改善硬質(zhì)相和粘結(jié)相之間的潤(rùn)濕性，從而達(dá)到提高Ti(C,N)基金屬陶瓷性能的目的[10,11]。

Yi等[12]研究了WC添加量對(duì)Ti(C,N)基金屬陶瓷在硝酸溶液中的腐蝕行為的影響，認(rèn)為WC的加入會(huì)降低金屬陶瓷在硝酸溶液中的腐蝕性能，Ti(C，N)基金屬陶瓷在硝酸溶液中的腐蝕速率與時(shí)間的關(guān)系如圖3所示。這是因?yàn)閃C具有比Ti(C,N)具有更低的腐蝕電位，并且腐蝕產(chǎn)物不致密，隨著WC含量的增加，含W量更高的內(nèi)環(huán)相和外環(huán)相都受到嚴(yán)重腐蝕，從而導(dǎo)致腐蝕速率升高。Dong等[13]認(rèn)為在Ti(C,N)基金屬陶瓷中添加Mo2C會(huì)降低材料在NaOH溶液中的耐腐蝕性能，不同 Mo2C 含量 Ti(C,N)基金屬陶瓷的腐蝕速率與時(shí)間的關(guān)系如圖4所示。這是因?yàn)樵贜aOH溶液中，Ni粘結(jié)相和富Mo的白色內(nèi)環(huán)相會(huì)發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，未溶解的Ti(C,N)陶瓷顆粒(芯相)具有良好的耐蝕性，但Mo2C含量的增加導(dǎo)致內(nèi)環(huán)相的厚度增加，從而降低了Ti(C,N)基金屬陶瓷的耐蝕性。李傲奇等[14]采用粉末冶金方法在Ti(C,N)基金屬陶瓷中添加不同比例的WC與Mo2C，探究其對(duì)金屬陶瓷材料耐腐蝕性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)WC∶Mo2C的質(zhì)量比為2∶1時(shí)，材料在硫酸溶液中有較好的耐蝕性，材料表面形成了鈍化膜(Ti,W,Mo等元素的氧化物),能夠改善材料的耐腐蝕性能；但僅在金屬陶瓷中添加Mo2C時(shí)，金屬陶瓷的自腐蝕電流密度較大，其耐腐蝕性能較差。

黃建華等[15]在Ti(C,N)-WC-NbC-Co-Ni金屬陶瓷中加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的ZrC，在硫酸中進(jìn)行腐蝕電化學(xué)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，ZrC的添加將會(huì)與NbC產(chǎn)生協(xié)同作用，在抑制脆性固溶體環(huán)形相厚度的同時(shí)，能夠促使Nb元素通過固溶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化對(duì)粘結(jié)相進(jìn)行增強(qiáng)，從而提高材料的耐腐蝕性能；但添加過量的ZrC會(huì)使材料的顯微組織發(fā)生突變，黑色Ti (C,N)顆粒幾乎消失，顯微組織主要由粘結(jié)相及白芯灰殼結(jié)構(gòu)組成，導(dǎo)致材料的耐腐蝕性能大幅度下降。

Wan等[16]研究了添加不同量的Cr3C2對(duì)Ti (C,N)基金屬陶瓷的腐蝕行為的影響，結(jié)果表明，在HNO3溶液這種氧化性環(huán)境中，Cr3C2的加入對(duì)金屬陶瓷腐蝕行為的影響較為復(fù)雜。研究認(rèn)為Cr3C2的添加使Cr優(yōu)先分布于粘結(jié)相中，可顯著提高粘結(jié)相的腐蝕性，而另一方面，Cr3C2的添加抑制了Mo等合金元素在粘結(jié)相中的固溶，使環(huán)形相中Mo含量和環(huán)形相厚度增加，從而使環(huán)形相的耐腐蝕性能降低。

綜上可以看出，添加碳化物對(duì)Ti(C,N)基金屬陶瓷的耐腐蝕性能有明顯的影響。碳化物主要是通過影響燒結(jié)過程中各元素的溶解-析出行為，進(jìn)而改變了金屬粘結(jié)相和環(huán)形相的成分與結(jié)構(gòu)，從而影響金屬陶瓷的腐蝕行為。大多數(shù)碳化物的加入，由于其固溶作用會(huì)提高了金屬粘結(jié)相的電極電位，從而提高了其鈍化作用。但是，加入碳化物的同時(shí)也會(huì)促進(jìn)碳化物本身以固溶體的形式析出，導(dǎo)致環(huán)形相體積增加，從而惡化了金屬陶瓷(主要是環(huán)形相)的耐腐蝕性。

2 Ti(C,N)基金屬陶瓷的磨損行為

磨損是指在物體表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中，由于機(jī)械作用和化學(xué)過程而導(dǎo)致材料從表面去除[17]。磨損過程分為3個(gè)階段：跑合階段、穩(wěn)定磨損階段和急劇磨損階段。跑合階段出現(xiàn)在摩擦副的初始運(yùn)動(dòng)階段，磨損速度先快后慢；穩(wěn)定磨損階段中，材料接觸面增大，磨損率不變；急劇磨損階段中，磨損速度急劇增加，造成機(jī)械效率下降，導(dǎo)致零件完全失效。根據(jù)磨損機(jī)理可將磨損分為黏著磨損、磨粒磨損、腐蝕磨損、接觸疲勞磨損、沖蝕磨損、摩擦磨損和沖擊磨損。其中前4種具有不同的磨損機(jī)理，后3種機(jī)理與前4種相似，是前4種的組合。材料的磨損往往由多個(gè)磨損機(jī)理引起，其中一種機(jī)理占主導(dǎo)，當(dāng)工作條件發(fā)生變化時(shí)，磨損可能會(huì)由一種磨損轉(zhuǎn)變成另一種磨損，一種磨損機(jī)理會(huì)引起不同的損傷模式,一種損傷模式可由不同的磨損機(jī)理引起。以下依據(jù)不同的磨損主要形式分類討論Ti(C,N)基金屬陶瓷的磨損行為。

2.1 微動(dòng)磨損

微動(dòng)磨損指微小振動(dòng)引起摩擦使材料從2個(gè)接觸面上脫落[18]。在微動(dòng)磨損過程中，首先假設(shè)區(qū)域磨損機(jī)制為磨粒磨損，然后由于摩擦熱的作用，形成了含Ti和Fe的氧化物的摩擦體，然而在過渡金屬最少的情況下，隨著工作溫度的升高，金屬陶瓷之間存在相互轉(zhuǎn)移，并伴有脆性斷裂[19]。

某些情況下，含有各種碳化物的Ti(C,N)基金屬陶瓷，其形成的氧化物對(duì)摩擦化學(xué)層的穩(wěn)定性有很大的影響[20]，與不含碳化物的TiCN-20Ni金屬陶瓷復(fù)合材料相比，WC的加入會(huì)使Ti(C,N)基陶瓷的耐磨性下降，TiCN-20Ni-xNbC(x:0-25%)金屬陶瓷與SAE 52100軸承鋼在相同微動(dòng)條件下不同載荷下的比磨損率如圖5所示[21]。

WC的加入會(huì)惡化Ti(C,N)基金屬陶瓷的耐磨性,這是由于形成的鎢氧化物的揮發(fā)和擴(kuò)散會(huì)導(dǎo)致金屬陶瓷磨損增加嚴(yán)重。TiCN-Ni金屬陶瓷的磨損機(jī)制主要是微裂紋引起的剝落和磨料磨損，而隨著WC添加量的增加，變成了黏著磨損和磨料磨損，導(dǎo)致磨損加重。Manoj Kumar等[22]研究發(fā)現(xiàn)，在TiCN-20Ni金屬陶瓷中添加5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))NbC可獲得最低的穩(wěn)態(tài)性能，TiCN-20Ni-xNbC[x:0～25%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))]金屬陶瓷與SAE 52100軸承鋼在相同微動(dòng)條件下不同載荷下的比磨損率如圖6所示；添加NbC后，磨損機(jī)制由磨損和剝落轉(zhuǎn)變?yōu)槟p和摩擦氧化。大量NbC的加入可能導(dǎo)致進(jìn)一步的摩擦氧化和碎片化，因此金屬陶瓷的磨損將會(huì)變得更加嚴(yán)重。

2.2 滑動(dòng)磨損

為了增強(qiáng)Ti(C,N)基金屬陶瓷的耐磨性并延長(zhǎng)其使用時(shí)間，研究Ti(C,N)基金屬陶瓷的滑動(dòng)磨損特性十分重要。材料的滑動(dòng)磨損取決于粘結(jié)劑含量及其強(qiáng)化程度[23]。在磨損過程中，最初出現(xiàn)兩體磨粒磨損，通過金屬陶瓷和端面材料產(chǎn)生碎屑，過渡到三體磨損。最終，這些磨損碎屑被并入磨損軌跡內(nèi)的薄摩擦層中，進(jìn)一步過渡到黏著磨損[24]。

Stewart等[25]在研究WC添加量對(duì)Ti(C,N)基金屬陶瓷耐磨性能的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)添加適當(dāng)?shù)腤C可以促進(jìn)芯-環(huán)結(jié)構(gòu)的形成，提高陶瓷相和粘結(jié)相的潤(rùn)濕性，對(duì)于提高力學(xué)性能有著重要的作用。WC可以通過晶粒強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化來提高金屬陶瓷的硬度、斷裂韌性和耐磨性。而WC的添加量過高時(shí)則會(huì)在金屬陶瓷中形成白色芯相，從而降低材料的耐磨性和其硬度。Zhao等[26]研究了Ti(C,N)-Ni-Mo金屬陶瓷在高溫下的摩擦行為，結(jié)果顯示在較低的溫度下，在金屬陶瓷中添加氧化鋁可提高材料的耐磨損性能。Ti(C,N)基金屬陶瓷滑動(dòng)磨損的主要機(jī)制是材料表面輕微的摩擦氧化破壞，相比TiCN-Ni-Mo金屬陶瓷，TiCN-Al2O3-Ni-Mo金屬陶瓷的表面相對(duì)光滑，這是由于添加的氧化鋁導(dǎo)致了金屬陶瓷的硬化。Manoj kumar等[27]研究了TiCN-20Ni-xWC[x=5%～25%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))]金屬陶瓷在不同載荷下的滑動(dòng)磨損和摩擦性能，發(fā)現(xiàn)摩擦層的穩(wěn)定性是影響摩擦行為的主要因素，在給定的載荷下，Ti(C,N)-Ni金屬陶瓷的質(zhì)量損失隨著WC添加量的增加而增加，這主要是顆粒脫落造成的，在較低的載荷下，其主要的磨損機(jī)制是磨損和摩擦氧化。不同WC含量的金屬陶瓷在不同載荷下與商用AISI 52100級(jí)鋼滑動(dòng)時(shí)的磨損體積和磨損率如圖7所示。

2.3 沖蝕磨損

沖蝕磨損是一種細(xì)小、松散、流動(dòng)的顆粒對(duì)材料造成損傷的磨損現(xiàn)象，該磨損現(xiàn)象較為常見。材料沖蝕磨損的定義是在固體的表面和含有固體顆粒的流體之間發(fā)生的相對(duì)的運(yùn)動(dòng)過程中，表面結(jié)構(gòu)材料的損失。沖擊區(qū)產(chǎn)生的塑性變形和脆性變形以及形成的橫向裂縫會(huì)導(dǎo)致材料的切屑隨后被侵蝕顆粒去除[28]。Ti(C,N)基金屬陶瓷的沖蝕性能由陶瓷相和粘結(jié)相共同決定[29]。對(duì)金屬陶瓷粘結(jié)相的破壞主要來自于固體顆粒的微切削作用和由于沖擊作用產(chǎn)生的塑性變形，這2種作用將導(dǎo)致粘結(jié)相擠出并撕裂，而對(duì)陶瓷相的破壞主要是在固體顆粒持續(xù)的沖擊作用下，其薄弱的環(huán)形相中產(chǎn)生微裂紋并擴(kuò)展成穿晶裂紋，導(dǎo)致晶粒破碎，進(jìn)而發(fā)生碎片流失所致。因此，金屬陶瓷軸套材料的沖刷磨損過程存在典型的韌性材料破壞機(jī)理和脆性材料破壞機(jī)理。Ti(C,N)基金屬陶瓷的抗沖蝕性能隨NbC、TaC、WC和Mo2C等碳化物的加入而有所改善，這是由于碳化物在調(diào)控微觀結(jié)構(gòu)和改善材料力學(xué)性能方面有重要作用。金屬粘結(jié)劑中二次碳化物的固溶強(qiáng)化作用對(duì)提高粘結(jié)相的抗沖蝕性能起著至關(guān)重要的作用[29]。金屬元素可以進(jìn)入粘結(jié)相形成固溶體，通過抑制溶解和沉淀過程阻礙硬質(zhì)相的晶粒長(zhǎng)大，實(shí)現(xiàn)細(xì)晶強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化，提高材料的力學(xué)性能，從而使材料具有優(yōu)異的耐磨性能。

3 磨損腐蝕的協(xié)同作用

磨損腐蝕是指腐蝕介質(zhì)與金屬表面發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)從而導(dǎo)致金屬的加速破壞或腐蝕，簡(jiǎn)稱磨蝕[30]。磨損腐蝕是一種復(fù)雜的現(xiàn)象，大多數(shù)金屬、合金在氣體、水溶液、有機(jī)管理體系、液態(tài)金屬材料和一些含有大量固體顆粒和氣泡的液體等移動(dòng)的介質(zhì)中，在機(jī)械力和電化學(xué)的共同作用下，都會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的磨損和腐蝕。磨蝕的腐蝕形態(tài)通常是金屬或者合金表面光滑，呈現(xiàn)一定方向的溝槽、谷紋和圓孔，一般按流體流動(dòng)方向切入金屬表層[31]。

為了表征材料在不同腐蝕和磨損條件下的耐蝕特性，可采用電位極化曲線來揭示材料在不同腐蝕和磨損條件下的電化學(xué)特性。通過研究材料的腐蝕電位、點(diǎn)蝕電位和鈍化電流，可比較材料的耐蝕性能[32]。電化學(xué)阻抗譜法也是研究金屬鈍化行為的一種非干擾方法。該方法可用于研究金屬表面形成的鈍化膜，以及金屬表面/溶液界面在腐蝕起始時(shí)的電阻、腐蝕過程中電阻的變化，從而推斷其耐蝕性能的差異[33]。

Wang等[34]研究了碳化物對(duì)Ti(C,N)基金屬陶瓷的磨損腐蝕的影響，發(fā)現(xiàn)在添加了4種不同碳化物(NbC、TaC、WC和Mo2C)的Ti(C,N)基金屬陶瓷中，含Mo2C的金屬陶瓷具有最優(yōu)的磨損腐蝕性能，廖舟等[35]發(fā)現(xiàn)適量的Mo2C能提高金屬陶瓷的抗沖刷腐蝕性能。少量 Mo2C的加入使金屬陶瓷形成典型的芯-環(huán)結(jié)構(gòu)，對(duì)材料的芯部起到保護(hù)作用，使其抗沖刷腐蝕性能得到提高；當(dāng)Mo2C添加過多時(shí)，環(huán)形相的厚度和晶粒大小的不均勻性增加，導(dǎo)致材料脆性增大，較小的晶粒很易受到?jīng)_擊而脫落，使金屬陶瓷的耐蝕性下降。Liang等[36]研究了TiN含量對(duì)Ti(C,N)基金屬陶瓷沖蝕腐蝕行為的影響，結(jié)果表明，隨著TiN的加入，Ti(C,N)基金屬陶瓷的抗沖刷-腐蝕性能提高。隨著TiN的加入，晶粒被細(xì)化，環(huán)形相的厚度明顯減少，而過多的TiN會(huì)導(dǎo)致晶粒生長(zhǎng)不均勻和孔隙率變大；添加7.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的TiN時(shí)，材料性能達(dá)到最佳。Wan等[37]探究了添加Cr3C2對(duì)Ti(C,N)基金屬陶瓷在磨損腐蝕協(xié)同作用下的影響，發(fā)現(xiàn)添加Cr3C2能夠在一定程度上提高Ti(C,N)基金屬陶瓷的耐蝕性和耐磨性，含不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)Cr3C2的Ti(C,N)基金屬陶瓷在2 h沖蝕-腐蝕過程中表面的局部形貌如圖8所示。Cr在Ni中的溶解強(qiáng)化了粘結(jié)相，使晶粒細(xì)化，晶粒細(xì)化有助于抑制裂紋的形成和擴(kuò)展，改善金屬陶瓷的力學(xué)性能，提高Ti(C,N)基金屬陶瓷的抗沖蝕腐蝕性能。

在實(shí)際工況下，材料的破壞和失效往往是磨損與腐蝕的協(xié)同作用，故研究材料的抗磨損與腐蝕綜合性能十分重要。目前關(guān)于Ti(C,N)基金屬陶瓷磨損腐蝕行為的研究主要集中在探究添加碳化物對(duì)金屬陶瓷磨損腐蝕性能的影響，通常認(rèn)為碳化物的添加可以改善金屬陶瓷的潤(rùn)濕性，并抑制陶瓷晶粒的異常長(zhǎng)大，從而提高金屬陶瓷的綜合力學(xué)性能，達(dá)到提高材料的磨損腐蝕性能的目的。

4 總結(jié)與展望

Ti(C,N)基金屬陶瓷被腐蝕的同時(shí)往往伴有磨損行為的發(fā)生，腐蝕和磨損作為工業(yè)生產(chǎn)中材料最常見的失效模式，其造成的直接經(jīng)濟(jì)損失巨大。因此，不斷開發(fā)具有良好的耐蝕性和耐磨性的材料，并減少因腐蝕和磨損造成的經(jīng)濟(jì)損失對(duì)于材料在工業(yè)中的發(fā)展十分重要。所以，對(duì)材料的腐蝕和磨損行為還需要進(jìn)一步的研究。

在未來關(guān)于金屬陶瓷材料的腐蝕與磨損行為的研究工作中，建議可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行深入研究：一是要深入研究材料腐蝕與磨損的交互作用機(jī)理，完善各影響因素與材料磨損腐蝕失效行為的定量研究，建立腐蝕與磨損行為理論預(yù)測(cè)模型；二是將計(jì)算機(jī)模擬與虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于金屬陶瓷材料的磨損腐蝕行為分析，以解決腐蝕與磨損過程難以原位表征的難題；三是完善磨損腐蝕行為的測(cè)試與表征手段，開發(fā)使用應(yīng)用范圍廣、性能穩(wěn)定可靠、精度更高的磨損腐蝕綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；四是充分利用表面工程技術(shù)，如表面強(qiáng)化技術(shù)、表面改性技術(shù)、表面涂覆技術(shù)等，將表面防護(hù)技術(shù)與金屬陶瓷基體相結(jié)合，提高金屬材料的耐蝕性和耐磨性。