Page 48 - 机械工程材料2024年第十一期

陈宇聪，等：铬添加量对Ti（C，N）基金属陶瓷组织和性能的影响

图 3 添加 5.0wt% 铬金属陶瓷的元素面扫描区域和结果
Fig. 3 Elemental surface scanning area (a) and results (b–f) of cermet with 5.0wt% Cr: (b) Ni distribution;
(c) Cr distribution; (d) Ti distribution; (e) W distribution and (f) Mo distribution
了 Ti（C，N） 基金属陶瓷的抗氧化能力；在相同氧
化时间内，金属陶瓷的氧化速率随铬添加量的增加
基本呈减小趋势，表明金属陶瓷的抗氧化能力越来
越强。

由图7可见，经高温氧化后，未添加和添加5.0%
铬金属陶瓷均存在NiO、TiO 2 、NiTiO 3 相，添加5.0%
铬金属陶瓷还存在NiCr 2 O 4 和CrMoO 4 相。添加5.0%
铬金属陶瓷表面发生氧化时，黏结相优先氧化形成
图 4 金属陶瓷力学性能随铬添加量的变化曲线
［17］ ，随后环形相和芯相依次氧化，形
Fig. 4 Mechanical properties vs Cr addition curves of cermets NiO和Cr 2 O 3
［18］ 。随着氧化时间延长，氧离
成WO 3 、MoO 3 、TiO 2
口存在塑性断裂和脆性断裂相结合的特点。随着铬 子继续向内部扩散，金属阳离子向外部扩散，NiO、
添加量的增加，陶瓷相大颗粒尺寸增大，晶粒内部位 Cr 2 O 3 、WO 3 、MoO 3 和TiO 2 会随着氧化的进行而相
错数量也不断增加，这使得晶粒强度下降，裂纹容易 互发生反应，继而生成NiMoO 4 、NiWO 3 、NiTiO 3 、
从晶粒内部萌生 ［15］ 而发生穿晶断裂，且发生穿晶断裂 ［19］ 。NiMoO 4 、NiWO 3 易挥发 ［20］ ，
NiCr 2 O 4 和CrMoO 4
的晶粒数量增加，沿晶断裂现象减少。相较于沿晶断 因此添加5.0%铬金属陶瓷表面氧化后的最终产物为
裂，穿晶断裂所需要的能量要小得多，因此随着铬含 NiCr 2 O 4 、CrMoO 4 、NiO、TiO 2 和NiTiO 3 。由图 7 还
量的增加，金属陶瓷的强韧性降低。 可以看出，添加5.0%铬金属陶瓷中NiO衍射峰强度
2.4 抗氧化性能 随氧化时间的延长越来越小。Cr 2 O 3 的吉布斯自由能
由图6可以看出：在高温大气气氛中，不同铬添 较低，铬会优先与氧结合形成Cr 2 O 3 ［21］ ，这使得Cr 2 O 3
加量Ti（C，N）基金属陶瓷的氧化动力学曲线遵循抛 能更早地与其他氧化物发生反应，形成NiCr 2 O 4 和
物线规律 ［16］ ，其单位面积氧化质量增加量均随氧化 CrMoO 4 。CrMoO 4 具有高氧扩散势垒能，可以极大
时间的延长而增加，并且氧化时间越长，其增加趋势 降低离子迁移速率；NiCr 2 O 4 和NiTiO 3 均为尖晶石结
［18］
越平缓。添加铬后金属陶瓷的单位面积氧化质量 构，晶体结构致密，能有效降低氧离子的扩散速率 。
增加量比未添加铬金属陶瓷小，说明铬的添加提高 在NiCr 2 O 4 、NiTiO 3 、CrMoO 4 的共同作用下，NiO生
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