1.引言
金屬陶瓷是20世紀70年代開發的一類具有優良機械力學性能和高溫性能的新型工具材料。與傳統的硬質合金刀具相比，金屬陶瓷刀具的耐熱性、耐磨性、抗月牙窪磨損能力等均有明顯提高，但韌性和導熱性相對較差。近年來，在陶瓷基體中加入少量納米粒子以形成納米陶瓷複合材料的研究取得了不少進展和成果。本研究基於這一思路，通過在TiC基金屬陶瓷中加入TiN納米粒子，獲得了緻密性好的納米改性金屬陶瓷材料，顯著提高了金屬陶瓷刀具的綜合性能。?
2.材料製備與切削試驗?
（1）材料的製備?
採用粉末冶金工藝製取成分為TiC-TiN-Mo-Co-Ni的納米金屬陶瓷材料。添加的TiN納米粉的粒度為30～50nm，體積數為6%～8%。制粉時，首先用超聲波儀對TiN納米粒子進行超聲分散處理；然後與金屬陶瓷粉料混合，加入適量無水乙醇在球磨機上進行濕磨；然後將混合粉料烘乾，加入PVA進行造粒，並在170MPa壓力下模壓成型；最後將坯料經真空燒結製成刀片。
（2）材料機械性能測試?
在日本產島津萬能試驗機上測量納米改性金屬陶瓷材料試樣（5mm×5mm×30mm）的斷裂韌性和抗彎強度；用德國產三氏硬度計測量該試樣的硬度。測試結果與普通TiC基金屬陶瓷材料性能的對比見表1。由表1可知，經納米TiN改性的TiC基金屬陶瓷刀片的機械性能得到提高。
表1 兩種材料機械性能對比
材料－斷裂韌性（MPa/m2）－抗彎強度（MPa）－硬度（HRA）
納米改性金屬陶瓷－13.2－1360－92.9
普通金屬陶瓷－11.9－1050－89.3
（3）切削試驗
在華中Ⅰ型（CJK6032）數控車床上用納米TiN改性TiC基金屬陶瓷刀片分別對40Cr和45鋼(正火態)工件材料進行了切削試驗。刀具磨鈍標準取為後刀面磨損量VB=0.3mm。用納米改性金屬陶瓷刀片切削40Cr、用納米改性和普通型兩種TiC基金屬陶瓷刀片切削45鋼時的切削用量（切削深度ap、切削速度vc、進給量f）以及刀具壽命（t）和失效形式分別列於表2和表3。
表2 納米改性金屬陶瓷刀片切削40Cr的試驗結果
試驗組號－ap（mm）－vc(m/min)－f(mm/r)－t(min)－失效形式
1－1，1，1－200，200，200－0.1，0.1，0.1－595，260，23－磨損，磨損，磨損
2－1，1－300，300－0.3，0.5－172，16－磨損，磨損
3－1，2－200，200－0.3，0.3－410，367－磨損，磨損
表3 兩種刀片切削45鋼的試驗結果
刀片材料－ap(mm)－vc(m/min)－f(mm/r)－t(min)－失效形式
納米改性金屬陶瓷－1，1－200，200－0.1，0.3－452，310－磨損，磨損
普通金屬陶瓷－1，1－200，200－0.1，0.1－185，30－磨損，磨損
3.試驗結果分析?
（1）經納米TiN改性的TiC基金屬陶瓷刀具切削40Cr和45鋼時，刀片主要以磨損形式失效，因此刀具使用壽命較長。此外，該刀具可採用較高切削速度，且加工表面質量較好。普通金屬陶瓷刀具在干磨損條件下的磨損過程主要為粘結磨損和硬質相剝落。納米改性金屬陶瓷刀具的磨損過程雖與普通金屬陶瓷刀具基本一致，但其高溫強度和硬度較高，與鋼的摩擦係數較小，因此切削溫度相對較低，從而減緩了刀具磨損速度，提高了耐用度。此外，納米改性金屬陶瓷刀具的抗氧化性能好，刀具邊界磨損小，因此加工表面質量較好。?
（2）隨著切削速度和進給量的增大，刀具磨損速度加快，使用壽命下降。切削深度對刀具壽命的影響相對較小，這主要因為加工時切削力所做的功只有一小部分作為變形能儲存在工件和切屑中，其餘大部分做功均轉化為切削熱。隨著切削速度的提高，刀具與工件接觸面的切削溫度也隨之升高，這一方面會降低刀具材料的表面硬度和耐磨性能，另一方面會增加刀具材料與工件材料的親和性，從而加劇刀具的粘結磨損，降低刀具耐用度及加工質量。此外，隨著進給量的增大，刀具與工件、刀具與切屑之間的摩擦阻力增大，也會加劇刀具磨損，甚至引發「微崩」現象，使刀具迅速失效。?
（3）與普通TiC基金屬陶瓷刀具相比，納米TiN改性TiC基金屬陶瓷刀具的抗崩刃性、耐磨性和使用壽命均有較大幅度提高。對比切削正火態45鋼時的刀具磨損曲線,可發現兩種金屬陶瓷刀具均經歷了磨合→穩定磨損→劇烈磨損三個階段，最終以磨損形式失效，但改性金屬陶瓷刀具的磨損速度明顯低於普通金屬陶瓷刀具。究其原因，在切
