申请/专利权人：厦门钨业股份有限公司

申请日：2017-12-28

公开（公告）日：2023-08-15

公开（公告）号：CN109975339B

主分类号：G01N23/207

分类号：G01N23/207

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.08.15#授权;2020.09.25#实质审查的生效;2019.07.05#公开

摘要：本发明提供了一种TiCN基金属陶瓷性能的评估方法，包含X射线定量分析条件、峰型及寻峰拟合、设定评估指标和性能评估等步骤。通过对TiCN基金属陶瓷材料进行XRD测定、拟合、计算原始参数值并与设定的评估指标比对，可实现对材料强韧性的快速评估和产品质量的有效控制，材料制成工具后切削效果优异，使用寿命长。

主权项：1.一种TiCN基金属陶瓷性能的评估方法，其特征是包含如下步骤：1）对TiCN基金属陶瓷进行X射线衍射测试，采用Co靶作为射线源，连续式扫描方式，得到TiCN基金属陶瓷谱图；2）对所述TiCN基金属陶瓷谱图中的衍射峰进行寻峰，然后对所述衍射峰进行峰形拟合，确定分峰数量，并计算原始参数值；3）设定所述衍射峰的评估指标范围为包括在布拉格角2θ为48°-50°出现的衍射峰A和在布拉格角2θ为134°-138°出现的衍射峰B；设定所述衍射峰A和所述衍射峰B的评估指标范围的分峰数量均为1个-3个；设定所述衍射峰A的峰边宽WA的评估指标范围为0.95°-1.45°，所述衍射峰B的峰边宽WB的评估指标范围为1.0°-2.0°；设定所述衍射峰A经步骤2）峰形拟合后定义其中最强峰为S1，所述衍射峰B经步骤2）峰形拟合后定义其中最强峰为S2，所述S1的峰面积占所述衍射峰A各分峰峰面积之和的比例的评估指标范围为80%-92%，所述S2的峰面积占所述衍射峰B各分峰峰面积之和的比例的评估指标范围为80%-92%；所述S1的半高宽值的评估指标范围为0.3°-0.45°，所述S2的半高宽值的评估指标范围为0.85°-1.2°；4）判断所述TiCN基金属陶瓷的所述原始参数值是否均在所述评估指标范围内，当所述TiCN基金属陶瓷的原始参数值均在所述评估指标范围内时，判定该TiCN基金属陶瓷强韧性性能满足需要；当所述TiCN基金属陶瓷的原始参数值有至少1项不满足所述评估指标范围之时，则判定该TiCN基金属陶瓷强韧性性能无法满足需要。

全文数据：一种TiCN基金属陶瓷性能的评估方法技术领域本发明属于金属陶瓷领域，具体涉及一种TiCN基金属陶瓷微观结构的定量分析。背景技术TiCN基金属陶瓷起源于20世纪70年代，具有红硬性好、耐磨性高、热膨胀系数小、优良的化学稳定性、极低的摩擦系数以及主要原料资源丰富、成本低等优点而受到国内外的普遍关注，成为一类极具潜力的材料。TiCN基金属陶瓷与WC-Co硬质合金相比，高温强度较高，而相比于Al2O3等陶瓷刀具材料其韧性更好，正好与二者形成互补，应用前景巨大。近年来随着切削装置的高性能发展，对制造切削刀具的材料提出了更高的要求，TiCN基金属陶瓷虽可借助表面涂层处理或梯度功能材料等方式短时提升切削性能，但作为基体的TiCN基金属陶瓷继承陶瓷材料的易崩损性，即材料韧性较差，在面对较大加工量中重切削、被加工材质较硬淬硬模具钢等、难加工材料不锈钢的加工硬化、复合材料的复杂组成或断续加工时，易发生刀刃处的突然崩损失效、刀刃与工件表面交接处的沟槽磨损失效等问题，在使用范围及加工领域均受到了较大限制。目前文献及报道中，普遍认为造成TiCN基金属陶瓷韧性较低的主要原因为合金的主要组成TiCN与合金粘结相之间较差的润湿性，即两者无法形成较强力的化学结合或其他结合方式，应力易在晶界处集中，并沿着结合力较差的TiCN粘结相界面处释放，易形成裂纹并迅速扩展，从而产生失效。但单纯提高TiCN基金属陶瓷韧性，往往会降低材料的硬度，也就是耐磨性的降低，即失去金属陶瓷材料本身的最大优势，产品整体性能提升难以得到有效保障。因此，如要解决材料应用上的问题，必须结合材料的微观结构，在保证足够硬度的前提下，提高材料的韧性和抗崩损能力，即提高材料的强韧性。目前对TiCN基金属陶瓷强韧性的评判通常是分别进行硬度试验、韧性试验以及切削寿命试验，对材料破坏性大、时效性差，难以快速评估材料性能。目前未见通过X射线衍射测量XRD方式测定TiCN基金属陶瓷相组成来实现对TiCN基金属陶瓷强韧性评估的报道。发明内容鉴于上述情况，本发明提供了一种TiCN基金属陶瓷性能的评估方法，通过对TiCN基金属陶瓷材料进行XRD测定、拟合、计算参数值并与设定评估指标比对，从而实现对材料强韧性的快速评估和产品质量的有效控制。本发明提供的技术方案如下：一种TiCN基金属陶瓷性能的评估方法，其特征是包含以下步骤：1对TiCN基金属陶瓷进行X射线衍射测试，采用Co靶作为射线源，连续式扫描方式，得到TiCN基金属陶瓷谱图；2对所述TiCN基金属陶瓷谱图中的衍射峰进行寻峰，然后对所述衍射峰进行峰形拟合，确定分峰数量，并计算原始参数值；3设定所述衍射峰的评估指标范围为包括在布拉格角2θ为48°-50°出现的衍射峰A和在布拉格角2θ为134°-138°出现的衍射峰B；设定所述衍射峰A和所述衍射峰B的评估指标范围的分峰数量均为1个-3个；设定所述衍射峰A的峰边宽WA的评估指标范围为0.95°-1.45°，所述衍射峰B的峰边宽WB的评估指标范围为1.0°-2.0°；设定所述衍射峰A经步骤2峰形拟合后定义其中最强峰为S1，所述衍射峰B经步骤2峰形拟合后定义其中最强峰为S2，所述S1峰面积占所述衍射峰A各分峰峰面积之和的比例的评估指标范围为80％-92％，所述S2的峰面积占所述衍射峰B各分峰峰面积之和的比例的评估指标范围为80％-92％；4判断所述TiCN基金属陶瓷的所述原始参数值是否均在所述评估指标范围内。当所述TiCN基金属陶瓷的原始参数值均在所述评估参数值范围内时，判定该TiCN基金属陶瓷强韧性性能满足需要；当所述TiCN基金属陶瓷的原始参数值有至少1项不满足所述评估参数值范围之时，则判定该TiCN基金属陶瓷强韧性性能无法满足需要。以Co靶作为射线源是考虑到金属陶瓷粘结相的成分可能对谱图精确度产生不必要的干扰，影响分析。TiCN金属陶瓷中TiCN主相与其他添加物硬质相结构存在一定的相似性，在合适的组成比例范围内，其峰形会相互叠加，而呈现类似单峰的状态，但此单峰的状态与纯物相的单峰存在明显的不同，通过对峰形进行拟合，可将峰形按不同物相分峰，拟合方式的不同对后续量化指标影响显著。峰边宽是指XRD图谱以X轴为2θ角，Y轴为强度中可见峰形中峰强度最高位置所对应2θ角至左侧背底水平位置段最靠近上述峰强度最高位置的点的X轴上宽度值。发明人长期研究发现，通过定义峰边宽，可反映硬质相的结晶度，峰边宽低于限定值，韧性可能难以得到有效提升，而若添加的硬质相成分差异较大，即在金属陶瓷制备过程中因成分添加或工艺制定的问题产生了其他杂相，峰形异常宽化，将显著影响材料强韧性。根据本发明提供的方法，通过对XRD原始谱图进行峰形拟合，相关衍射峰会分峰。单纯限定峰边宽难以保证金属陶瓷硬质相成分和固溶体壳层组成达到要求。金属陶瓷存在复杂的成分组成，通过峰形的限定还可在有效保证金属陶瓷硬度的同时，增强材料韧性。若无衍射峰，金属陶瓷硬度会显著降低，耐磨性也随之降低；若分峰数多于3个，峰形趋于呈现马鞍状双峰结构，硬质相存在多种组成，也即是存在较多杂相，这也会显著的降低合金的韧性。本发明提供的方法还对拟合后分峰计算的最强峰峰面积占比进行限定。峰面积占比配合峰形限定，是为了保证金属陶瓷中具备一定量的TiCN相，同时具备足够量的与添加物硬质相形成的固溶体壳层，从而确保改善芯相与粘结相的润湿性。两者缺一不可，比例的失调均会造成强韧性的降低。综上所述，本发明提供的方法通过以上参数的控制，可以对TiCN基金属陶瓷强韧性实现快速评估和产品质量的有效评估，通过评估的材料所制成的工具切削效果优异，使用寿命长。需要说明的是，本发明中公布的所有数字范围包括这个范围内的所有点值。附图说明图1是本发明实施例1中样品1原始衍射图。图2是示意衍射峰A和峰边宽WA的本发明实施例1中TiCN基金属陶瓷的XRD局部图谱。图3是示意衍射峰B和峰边宽WB的本发明实施例1中TiCN基金属陶瓷的XRD局部图谱。图4是本发明实施例1中衍射峰A的峰形拟合图。具体实施方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明做进一步详细的说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件。在推荐的实施方式中，所述连续式扫描采用步长0.033°，扫描速度1-2°min。XRD是一种重要的测试手段，对其图谱的分析包括定性分析和定量分析两部分，其中定量分析较为复杂，尤其是对诸如TiCN金属陶瓷这样成分复杂的材料，因此如何获得一张高分辨率高准确度的X射线衍射数据收集谱图尤为重要。通过上述方式得到的谱图更为准确，评估更为可靠。在推荐的实施方式中，所述峰形拟合包括如下步骤：1导入原始谱图数据；2扣除基线；3选定拟合方法进行拟合。基线是不可避免的，由于X射线荧光、探测器噪音等原因，即便同一样品在同一仪器不同时间段测试也会得到不同基线。通常XRD拟合扣除基线后作一次平滑处理，本发明所涉及拟合跳过平滑处理，避免峰边宽人为宽化，直接选定拟合方法进行拟合，迭代计算得到的数据结果更贴近原始谱图，结果更精确。在推荐的实施方式中，所述峰形拟合选用MDIJade、OriginPro或Maud软件中任意一种。在推荐的实施方式中，所述评估指标的参数值范围还包括所述S1半高宽值为0.3°-0.45°；所述S2半高宽值为0.85°-1.2°。半高宽值FWHM是反映材料结晶度标准方法，由于TiCN基金属陶瓷通常具有特殊的壳层结构，固溶体壳层的结晶度、成分组成比例等都会显著影响到材料烧结过程中的均匀化和致密化，FWHM是为了保证硬质相中固溶体壳层有足够的时间和条件获得充分的结晶。TiCN基金属陶瓷在此范围内具有更为优异的强韧性。在推荐的实施方式中，所述拟合方法采用Gauss或P-VII法PearsonVII。实施例1峰形拟合软件：MDIJade6.0。操作方法：1对样品1进行XRD扫描，采用Co靶作为射线源，连续式扫描方式，步长0.033°，扫描速度1°min，扫描范围25-150°，得到样品1原始衍射图；2对样品1原始衍射图使用最小二乘法对衍射峰进行寻峰，记录峰形；对样品1原始衍射图数据导入峰形拟合软件，扣除基线，采用Gauss法对衍射峰进行峰形拟合，确定分峰数量；3设定以下指标的评估指标范围：衍射峰A峰位为布拉格角2θ48°-50°及衍射峰B峰位为布拉格角2θ134°-138°；WA为0.95°≤WA≤1.45°及WB为1.0°≤WB≤2.0°；衍射峰A和衍射峰B分峰数量均为1-3个；S1峰面积占所述衍射峰A各分峰峰面积之和的80％-92％及S2的峰面积占所述衍射峰B各分峰峰面积之和的80％-92％；4观察样品1原始衍射图在布拉格角2θ为48～50°和在布拉格角2θ为134～138°是否出现衍射峰，若出现则记录其峰位；分别记录衍射峰A和衍射峰B的峰边宽；峰形拟合后分别记录衍射峰A和衍射峰B分峰数量；拟合后定义衍射峰A最强峰为S1，拟合后定义衍射峰B最强峰为S2，计算S1峰面积占衍射峰A各分峰峰面积之和的比例，计算S2的峰面积占衍射峰B各分峰峰面积之和的比例；定义S1的FWHM为FS1，定义S2的FWHM值为FS2，测量FS1和FS2的值。比照量化指标，判断样品1原始衍射图衍射峰A峰位、衍射峰B峰位、WA、WB、衍射峰A和衍射峰B分峰数量、S1峰面积占衍射峰A各分峰峰面积之和的比例和S2的峰面积占衍射峰B各分峰峰面积之和的比例是否均在范围内，结果列于表1中。实施例2-3峰形拟合软件：Maud。操作方法：除扫描速度采用2°min外，其余按照实施例1的操作方法对样品2和样品3进行相应操作，所得结果列于表1中。实施例4-5峰形拟合软件：OriginPro2016。操作方法：采用P-VII法对衍射峰进行峰形拟合，按照实施例1的操作方法对样品4和样品5进行相应操作，所得结果列于表1中。实施例6-8峰形拟合软件：MDIJade6.0。操作方法：按照实施例1的操作方法对样品6、样品7和样品8进行相应操作，所得结果列于表1中。表1从表1的结果可以看出样品1、样品2、样品4、样品6、样品7和样品8各项参数值在评估指标的参数值范围内，可以判定样品1、样品2、样品4、样品6、样品7和样品8的TiCN基金属陶瓷强韧性性能满足需要。样品3衍射峰B分峰数量、WA和S2的峰面积占衍射峰B各分峰峰面积之和的比例不在指标范围内，硬度和韧性均将受影响；样品5衍射峰B峰位、S1的峰面积占衍射峰A各分峰峰面积之和的比例、S2的峰面积占衍射峰B各分峰峰面积之和的比例不在指标范围内。因此可以判定样品3和样品5的TiCN基金属陶瓷强韧性性能无法满足需要。性能验证：验证上述实施例1-8的评价结果。1、硬度测试参照GBT7997-2014《硬质合金维氏硬度试验方法》。结果列于表3左栏。2、韧性测试参照GBT33819-2017《硬质合金巴氏韧性试验》。结果列于表3右栏。3、刀具切削试验：将样品1-8制备成D6mm*50mm四刃平头铣刀，进行如表2的切削对比实验。通常刀具切削试验切削长度超过25m，后刀面磨损未超过110μm视为刀具合格，即金属陶瓷强韧性满足需要。结果列于表4。表2表3表4从表3可以看出，样品3硬度和韧性均较低；样品5虽然韧性较高，但硬度显著偏低。从表4可以看出，样品1、样品2、样品4、样品6、样品7和样品8切削长度均超过25m，后刀面磨损均未超过110μm，故刀具合格，金属陶瓷强韧性满足需要，尤其是样品6切削长度达30m时，后刀面磨损极小，强韧性优异；样品3和样品5后刀面磨损达极限，同时反映切削寿命的切削长度未超过25m，金属陶瓷强韧性无法满足需要。进一步地可以看出，样品1、样品2、样品4和样品6相比于样品7和样品8在半高宽值上符合评估指标参数值范围，因而表现出的强韧性更加优异。上述试验所检验的结果与实施例1-8的判定结果完全相吻合，因此采用本发明所提供的一种TiCN基金属陶瓷性能的评估方法来判定TiCN基金属陶瓷强韧性性能是准确可靠的。上述实施例仅用于对本发明所提供的技术方案进行解释，并不能对本发明进行限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

权利要求：1.一种TiCN基金属陶瓷性能的评估方法，其特征是包含如下步骤：1对TiCN基金属陶瓷进行X射线衍射测试，采用Co靶作为射线源，连续式扫描方式，得到TiCN基金属陶瓷谱图；2对所述TiCN基金属陶瓷谱图中的衍射峰进行寻峰，然后对所述衍射峰进行峰形拟合，确定分峰数量，并计算原始参数值；3设定所述衍射峰的评估指标范围为包括在布拉格角2θ为48°-50°出现的衍射峰A和在布拉格角2θ为134°-138°出现的衍射峰B；设定所述衍射峰A和所述衍射峰B的评估指标范围的分峰数量均为1个-3个；设定所述衍射峰A的峰边宽WA的评估指标范围为0.95°-1.45°，所述衍射峰B的峰边宽WB的评估指标范围为1.0°-2.0°；设定所述衍射峰A经步骤2峰形拟合后定义其中最强峰为S1，所述衍射峰B经步骤2峰形拟合后定义其中最强峰为S2，所述S1峰面积占所述衍射峰A各分峰峰面积之和的比例的评估指标范围为80％-92％，所述S2的峰面积占所述衍射峰B各分峰峰面积之和的比例的评估指标范围为80％-92％；4判断所述TiCN基金属陶瓷的所述原始参数值是否均在所述评估指标范围内。2.根据权利要求1所述一种TiCN基金属陶瓷性能的评估方法，其特征在于，所述连续式扫描采用步长0.033°，扫描速度1-2°min。3.根据权利要求1所述一种TiCN基金属陶瓷性能的评估方法，其特征在于，所述峰形拟合包括如下步骤：1导入原始谱图数据；2扣除基线；3选定拟合方法进行拟合。4.根据权利要求1或3任一项所述一种TiCN基金属陶瓷性能的评估方法，其特征在于，所述峰形拟合选用MDIJade、Origin或Maud软件中任意一种。5.根据权利要求1所述一种TiCN基金属陶瓷性能的评估方法，其特征在于，所述量化指标的参数值范围还包括所述S1半高宽值为0.3°-0.45°；所述S2半高宽值为0.85°-1.2°。6.根据权利要求3所述一种TiCN基金属陶瓷性能的评估方法，其特征在于，所述拟合方法采用Gauss或P-VII法。

百度查询： 厦门钨业股份有限公司 一种TiCN基金属陶瓷性能的评估方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD