SPS烧结制备WC-6Co-1.5Al硬质合金的研究

针对WC-6Co-1.5Al球磨粉末,研究SPS烧结工艺对烧结合金密度、组织、力学性能及断口形貌的影响规律.研究结果表明：在脉冲电流基值为360A、峰值为3 000A、频率为50Hz、占空比为50%,恒流电流为1 500A,总烧结时长为6min,烧结压力为30MPa的工艺参数下,利用脉冲电流烧结1min后,继之以恒流电流烧结5min,可获得密度、硬度和弯曲强度分别达14.2g/cm3、94HRA和1 660MPa的超细晶WC-6Co-1.5Al硬质合金块体材料;进一步延长或缩短脉冲电流烧结时间,烧结体的密度、硬度和弯曲强度反而下降.     

选择性电溶法再生WC原料中杂质Ti在硬质合金烧结过程中的作用行为

采用基于选择性电溶法的再生超细WC粉末为原料,制备WC-10Co和WC-10Co-0.06La_2O_3硬质合金,研究原料中的杂质Ti,Ta和V在烧结过程中的作用行为。结果表明,杂质Ti,Ta和V同步迁移至合金烧结体表面,形成WTi(Ta,V)C_2富集相;合金中微量稀土La可促进Ti的表面迁移。Ti如果不是以固溶体型稳定化合物的形式添加,容易导致硬质合金中出现Co3W3C脱碳相和板状WC晶粒的形成。硬质合金微观组织结构的均匀性与Ti在合金中分布的均匀性密切相关。     

不同工艺条件对WC-20％Co硬质合金性能的影响

采用高能球磨法制备WC—Co粉末,分别在低压和真空条件下制备WC-20％Co硬质合金,通过对合金性能的检测和金相组织的观察,研究了球磨时间和烧结工艺对硬质合金性能的影响。结果表明,球磨时间对硬质合金性能和组织结构有明显的影响;通过控制适当的球磨时间,町提高硬质合金的硬度和高韧性;通过调节工艺,真空烧结也可以提高合金的性能,低压烧结对粗颗粒WC为原料的合金的综合性能提高不明显。     

放电等离子烧结不同粒径匹配的WC-Co混合粉末

采用一种包括混合粉末真空预处理和放电等离子烧结(SPS)的新型烧结技术,制备超细晶WC-10Co硬质合金块体。采用场发射扫描电镜观察硬质合金的形貌和晶粒组织,采用三点弯曲法测量试样的断裂强度,利用显微硬度仪测量维氏硬度HV30且据此估算试样的断裂韧性KIC,并与真空烧结和直接SPS试样进行对比,同时还研究初始粉末中WC粉与Co粉的粒径匹配对SPS块体的显微组织和力学性能的影响。结果表明,与真空烧结和直接SPS相比,此种方法制备的WC-10Co合金晶粒细小、组织均匀,具有优异的综合力学性能,尤其是强度明显提高,硬度为1608HV30,断裂韧性为14.0MPa.m1/2,横向断裂强度为3100MPa;WC和Co粉末的粒径匹配对SPS块体的显微组织和力学性能具有较显著的影响。     

新型含片状晶WC-10%Co硬质合金的制备及其性能研究

通过球磨诱导生成薄片状W晶源,再引入超细黄钨(纳米W源)、碳黑(活性碳源)、钴及适量晶粒长大抑制剂(Cr_3C_2)高效球磨生成含片状晶W/Co/C复合粉末,于低压真空烧结炉中在1410℃的温度下一次碳化烧结制备了片状晶强化新型结构WC-10%Co(质量分数,下同)硬质合金,研究了20%片状W的引入对WC-10%Co硬质合金显微组织结构和性能的影响。通过比表面测定仪和费氏粒度仪测定了粉体的比表面和粒度,用扫描电镜(SEM)观察了粉末的形貌和烧结体的显微组织结构,按硬质合金性能测试标准对WC-Co烧结体的物理和力学性能进行了测定。结果表明,碳辅助氢还原球磨诱导生成含片状晶W/Co/C复合粉末,经一次碳化烧结可制备出显微组织结构明显不同于普通合金的含片状晶新型结构WC-Co硬质合金;20%片状W粉末的引入致使合金整体晶粒尺寸偏粗,矫顽磁力偏低,但其片状晶和超细晶粒均布的组织结构,不仅能有效提高合金的硬度,还能改善合金的断裂韧性。     

真空烧结温度对WC-TiC-TaC-Co硬质合金组织和性能的影响

采用高能球磨、真空烧结工艺制备WC-13(TiC+TaC)-8Co-1(VC+Cr3C2)硬质合金,研究了不同烧结温度对WC-TiC-TaC-Co硬质合金微观组织、力学性能和磁性能的影响。结果表明,提高烧结温度有利于提高合金的致密度,但是过高的烧结温度会导致晶粒长大,使合金致密度下降;合金的硬度、抗弯强度和矫顽力随着真空烧结温度的提高先增大后减小;相对磁饱和强度随着烧结温度的升高呈现下降的趋势;1 400℃烧结的合金综合性能较好,合金的相对密度99.6%、抗弯强度1 992 MPa,硬度92.3 HRA,矫顽力34.3 k A/m,相对磁饱和强度为76.5%。     

WC-10Co超细晶硬质合金的注射成形工艺研究

研究了WC-10Co超细晶硬质合金注射成形过程的各种影响因素,优化了球磨、注射、脱脂和烧结工艺。结果表明:在1 440℃下真空烧结1.0h得到的注射成形WC-10Co超细晶硬质合金烧结件具有最好的性能,硬质合金晶粒度为0.465μm,密度为13.99g/cm~3,HRA硬度为90.1。     

WC粉末粒度与形貌对WC-6Ni亚微米硬质合金组织及性能的影响

采用3种亚微米级WC粉制备了3种相同组成成分的WC-6Ni亚微米硬质合金,探讨了WC粉末粒度与形貌对WC-6Ni亚微米硬质合金组织及性能的影响。结果表明:在相同成分、相同工艺条件下,WC粉末越细,所制备的合金晶粒度越小;原始WC颗粒形貌对合金中WC晶粒形貌及合金性能没有明显影响;对于亚微米硬质合金,当粘结相含量一定时,合金硬度随着合金晶粒度的增加而缓慢减小,其抗弯强度随合金晶粒度的增加而缓慢增加。     

热等静压工艺对硬质合金性能的影响

应用烧结加热等静压和烧结-热等静压两种工艺制备了粗晶WC-15Co、WC-22Co和微晶WC-12Co-1Cr3C2、中等晶粒WC-12Co硬质合金,从原理、经济性论述了这两种工艺的差异及其对WC-Co硬质合金组织和性能的影响。结果表明,烧结-热等静压制作的硬质合金孔洞消除了,并且硬质合金的抗弯强度和弯曲疲劳寿命也大幅度提高。     

碳含量对WC-3Co-3Ni粗晶硬质合金组织和性能的影响

为探究碳含量对Co-Ni复合粘结相粗晶硬质合金组织与性能的影响,采用光学显微镜、洛氏硬度计、矫顽磁力计和钴磁测量仪研究了不同碳含量下WC-3Co-3Ni粗晶硬质合金组织结构与性能的变化规律。结果表明:随着球磨时间增加,合金的矫顽磁力增加,在球磨22 h时矫顽磁力达到最大值。随着碳含量增加,WC晶粒形貌表现为棱角更加分明,溶解-析出过程使WC晶粒变粗,抗弯强度升高,硬度降低。当延长球磨时间时,碳含量降低比碳含量增加所引起的合金硬度的增幅更大。     

包裹型SiO2/Al复合粉体的制备及烧结性能研究

为了克服金属陶瓷两相分布不均、界面不润湿和难以烧结致密等难题,采用球磨技术将增强相均匀包裹在基体材料表面,研究包裹型SiO₂/Al复合粉体的球磨制备工艺及其烧结性能,提高金属陶瓷的综合性能。结果表明,随着球磨时间的延长,SiO₂/Al复合粉体的比表面积先增大后减小,球磨6 h获得的复合粉体比表面积最大,达到8.1 m2·g?1。随着球料比的增大,SiO₂/Al复合粉体的比表面积先增大后减小,说明SiO₂包裹在Al粉表面的量呈现先增多再减少的趋势。随着球磨转速的增大,SiO₂/Al复合粉体比表面积先增大后减小。随着烧结温度的提高,SiO₂/Al金属陶瓷表面硬度先增高后降低,在烧结温度为900 ℃时,SiO₂/Al金属陶瓷的表面硬度达到最高。球磨时间为6 h,球料比为2:1,球磨转速为360 r·min?1,烧结温度900 ℃可以获得性能较佳的SiO₂/Al金属陶瓷。     

含板状晶WC双模组织结构硬质合金的研究

采用超细WC原料，在WC-20Co合金中加入纳米Y2O3，在1440℃的液相烧结温度下获得了含板状晶WC双模组织结构的合金。通过对比低于共晶温度下热压固结工艺与传统液相烧结工艺制备的WC-20Co=1Y2O3硬质合金的组织结构发现，液相烧结合金中WC板状晶是在液相烧结阶段通过液相重结晶形成的，均匀分散在合金中的Y2O3具有促进WC从粘结相中均匀析出长大、抑制WC沿C轴方向生长的作用，因而使合金中粗大的WC呈现板状晶的形貌。研究结果表明，板状晶强化的双模结构WC-20Co—1Y2O3合金具有较好的综合性能。     

球磨工艺对Al2O3/Mo复合材料组织的影响

针对原位自生Al2O3增强钼基复合材料晶粒较大的问题,采用溶胶-凝胶与高能球磨相结合的方法细化复合材料晶粒,并利用SEM、XRD对不同球磨工艺所制备Al2O3/Mo复合粉末及复合材料的组织进行了观察和分析。结果表明:随着球磨时间的延长,Al2O3/Mo复合粉末颗粒由球状变为层片状再成为细小的球状,颗粒大小由约1.5μm细化为约500nm,其中的钼晶粒不断细化;高球料比所得粉末的分散性和破碎细化程度较好;转速提高使得粉末颗粒的尺寸均匀程度降低,且伴有结块现象,不利于粉末的细化。在球料比5∶1、转速300r/min、球磨时间60h条件下获得的复合粉末,经压坯烧结可制备出Al2O3颗粒为纳米级的钼基复合材料。     

Abnormal growth of TiB<Subscript>2</Subscript> crystals during sintering of TiB<Subscript>2</Subscript>-Ni<Subscript>3</Subscript>(Al,Ti) cemented borides

TiB₂-Ni₃(Al,Ti) cermets present both normal and abnormal growth of faceted titanium diboride (TiB₂) grains during liquid-phase sintering. Abnormal grain growth (AGG) is preferentially found at high sintering temperatures in specimens processed from powder mixtures with a wide particle size distribution. The WC additions to the initial powder mixtures have proved efficient in reducing the number and size of these large TiB₂ grains. However, the sinterability of these materials is dramatically reduced, which suggests that TiB₂ AGG control is obtained by decreasing TiB₂ dissolution kinetics in the liquid phase. On the other hand, an alternative method based on intensive powder milling not only reduces TiB₂ AGG but also the porosity levels obtained by previous powder processing routes. TiB₂ cermets produced by aggressive milling present a higher amount of alumina particles in the matrix after sintering, which, in addition, appear more homogeneously dispersed in the microstructure. The distortion produced by these particles on the facets of TiB₂ growing grains suggests a possible dragging effect responsible for the AGG reduction found in these cermets. Moreover, aggressive milling removes large TiB₂ particles from the powder mixtures, which could act as seeds for TiB₂ uncontrolled growth. TiB₂-Ni₃(Al,Ti) cermets obtained by intensive milling combine hardness over 20 GPa with K _IC of about 10 MPa √m, data clearly out of the range covered so far by other TiB₂-based materials.     

（W，Ti，Ta）C复式碳化物对WC-（6％-8％）Co超细硬质合金性能的影响

以WC-6％Co和WC-8％120为研究体系,在1390℃压力烧结下制备不同配比复式碳化物的超细硬质合金。分别采用洛氏硬度检测、抗弯强度检测、钴磁检测、矫顽磁力检测等方法,通过扫描电镜和电子衍射分析,研究了不同量的（W,Ti,Ta）C复式碳化物对超细硬质合金性能的影响。结果表明：WC-6％Co-2％（W,Ti,Ta）C超细硬质合金的矫顽磁力为45．39kA·m^-1,硬度为94．0HRA,抗弯强度为2280MPa;WC-8％Co-2％（w,Ti,Ta）C超细硬质合金的矫顽磁力为37．4kA·m^-1,硬度为93．4HRA,抗弯强度为2670MPa;WC-8％Co-2％（w,Ti,Ta）C-0．5％（Cr3C2/VC）的矫顽磁力为38．2kA·m^-1,硬度为93．6HRA,抗弯强度为2780MPa;它们具有较高的综合性能。     

脱脂与烧结工艺对WC-6Co-1TaC硬质合金显微结构与性能的影响

采用“溶剂脱脂+烧结”方法制备WC-6Co-1TaC硬质合金;研究了在同一烧结工艺下不同溶剂脱脂率对合金显微结构与性能的影响;以及在相同或相近的溶剂脱脂率下不同烧结工艺对合金显微结构与性能的影响;实验结果表明:高的溶剂脱脂率有利于获得更高性能的合金,溶剂脱脂率为41%的脱脂坯经烧结工艺A后较脱脂率为38%的试样抗弯强度提高16%,渗碳程度减轻,孔隙减小;烧结时在低温热脱脂阶段延长保温时间有利于残余粘结剂的排除和高温阶段通过进一步延长抽真空时间净化炉内气氛可以减轻渗碳程度从而提高合金性能。溶剂脱脂率为41%经烧结工艺B后制备的合金较经烧结工艺A制备的合金强度提高17%,达1684 MPa。     

微波多模腔快速烧结WC-8%Co硬质合金

采用多模腔微波烧结工艺制备了WC-8%Co硬质合金,烧结周期为1～1.5h,研究了微波烧结工艺对合金组织结构与性能的影响。结果表明:微波烧结WC-8%Co硬质合金所需时间短,在1400℃的烧结温度下保温0min时密度就能达到14.71g/cm3,HRA可达90.3,烧结样品的显微组织结构均匀,样品中心和边缘区域WC晶粒尺寸分布一致,没有发现显著差异,随着烧结保温时间的增加和烧结温度的提高WC晶粒尺寸长大不明显。     

粉末冶金制备的Ti35Nb2．5Sn5HA生物复合材料的组织与性能研究

采用高能机械球磨和脉冲电流活化烧结方法制备了一种新型的不含Al、V等有毒元素的口钛合金基体的Ti35Nb2．5Sn5HA生物复合材料。研究了不同机械球磨时间球磨的Ti35Nb2．5Sn5HA粉末以及用这几种粉末烧结制备的样品微观组织和显微硬度变化,球磨时间对烧结复合材料的微观组织和性能的影响。结果表明：随着球磨时间的增加,Ti35Nb2．5Sn5HA粉末的颗粒尺寸逐渐减小,Nh和Sn开始与Ti发生固溶,形成Ti的过饱和固溶体,而且α-Ti也开始向β-Ti转化。当球磨时间达到12h,球磨粉末中α-Ti完全转化为β-Ti,粉末颗粒的平均尺寸为500nm左右。12h球磨的粉末烧结制备的复合材料具有超细晶粒尺寸,晶粒平均尺寸为200nm,这种复合材料的维氏显微硬度可以达到10187．3MPa。