Ni3Al添加量对WC-Co硬质合金中WC晶粒形状的影响

采用粉末冶金制备技术,以粗WC粉末、Co粉和WC＋Ni3Al预合金粉末为原料制备出WC-40vol％（Co—Ni,Al）硬质合金。利用扫描电镜和透射电镜研究了不同NbAl含量对WC-40vol％（Co—Ni3Al）硬质合金中WC晶粒形状的影响规律。结果表明：W在Co粘结相中的固溶度接近25．4wt％,而W在Ni,Al粘结相中的固溶度接近9．5wt％,随着NbAl含量的增加,粘结相对W的固溶度减小,合金中的WC晶粒圆钝和细小;WC晶粒表面上出现明显的台阶。相应的,延长烧结时间,WC—Co—Ni3Al硬质合金具有与WC—Co硬质合金相同的WC生长行为,WC-40vol％（Co—Ni3Al）硬质合金中的WC晶粒表面上的台阶处出现明显的刻面。     

电化学回收WC粉末质量控制问题的探讨

采用扫描电镜对电化学回收WC骨架与重碳化后的电化学回收WC粉末形貌进行了观察。发现回收WC粉末中存在因Co溶解不完全、未溶骨架破碎不彻底以及废合金来源复杂所导致的明显的成分与粒度不均匀性问题。在实验观察与分析的基础上,提出了回收WC粉末与再生硬质合金质量改进的建议。     

纳米级碳化钨粉末的直接碳化制备

从WO3到WC的直接碳化反应一般遵从WO3→WO272→WO2→W→W2C→WC的顺序。细小的颗粒一般在直接碳化反应WO272→WO2的阶段产生，通过严格控制这个反应步骤可成功制得纳米WC粉末。大量的研究已证明，烧结碳化物的性能如硬度、强度主要受WC粉末粒子尺寸、Co含量及碳含量的影响。最细的工业级碳化物一般加入VC．Cr3C2，TaC来抑制晶粒的长大，烧结后可以获得晶粒约0．5μm的WC硬质合金。为了制备超硬的烧结碳化物，有必要开发纳米级WC粉末粒子及发展纳米WC粉末均匀分布的加工技术，     

再生WC-Co复合粉及高耐磨性硬质合金涂层的制备

以WC-6Co废旧硬质合金块体和Co_3O_4粉末为原料,采用氧化-还原碳化法制备再生WC-12Co复合粉,将复合粉经过造粒和热处理制备再生热喷涂喂料,进而采用超音速火焰喷涂(HVOF)制备再生WC-Co硬质合金涂层,比较再生硬质合金涂层和商业购买热喷涂喂料制备涂层的显微组织、耐磨性及其机制。结果表明:当配碳量为16.70%(质量分数)时,再生复合粉的碳含量适中;制备的再生热喷涂喂料由WC和Co相组成,热喷喂料球形度好,粒径分布均匀,平均粒径为23μm;再生WC-12Co硬质合金涂层的结构致密,WC晶粒尺寸分布均匀。与商业化热喷涂粉制备涂层显微组织和性能相比,再生涂层的磨粒磨损性能明显优于商业喷涂粉制备涂层的,其根本原因是两者的磨损机制不同。     

反应热处理技术制备纳米晶WC-6Co硬质合金复合粉末

对反应热处理技术（高能球磨＋热处理）合成纳米晶WC-6Co硬质合金复合粉末的可行性进行了研究。结果表明，元素粉末经球磨活化后可降低WC的形成温度；在800℃反应热处理时，复合粉末中存在WC和W2C两种碳化物；而高于950℃热处理时，W2C则完全转化为WC相。纳米晶WC-6Co复合粉末中WC的晶粒尺寸随热处理时间延长、温度的升高而增大；在950℃热处理保温30min的条件下可获得WC晶粒尺寸为33．3nm的纳米晶WC-6Co复合粉末。     

用喷雾转化法制备的纳米晶粉末烧结的WC—10Co硬质合金的力学性能

研究了纳米晶WC－10Co硬质合金的力学性能和显著结构。这种纳米晶WC－10Co硬质合金粉末是将含有偏钨酸铵（AMT）和硝酸钴的溶液喷雾干燥制得的纳米晶前驱体粉末再经过还原和碳化制备的。直径约100nm的WC粉末与Co炽结相混合均匀，并在1毫乇压力和1375℃下进行烧结。为了与纳米晶料WC－10Co的显微结构和力学性能相比较，将直径范围为0．57－4μm的工业用WC粉末与Co粉混合，并在与纳米晶粉末相同的条件下进行烧结，在纳米晶WC－10Co硬质合金中加入不同量的TaC、Cr3C2和VC作为晶粒长大抑制剂。为研究WC－10Co硬质合金中Co粘结相的显微结构，以WC－10Co硬质合金烧结温度下制备了Co-W-C合金。WC－10Co硬质合金随着WC粒度的减小而增加的硬度因而符合霍尔－佩奇型关系式。WC－10Co硬质合金的断裂韧性随着Co粘结相的HCP（密排六方相）／FCC（面心六方相）比的增大（由于HCP／FCC相引起的）而提高。     

贫碳WC-12%(Co+Ni)硬质合金微观组织与性能

硬质合金的组织和性能对C含量具有很高的敏感性，但对WC硬质合金两相区下限碳含量的综合性能研究甚少。本文分析了两相区下限附近碳含量（5.06%～5.21%）对烧结制备WC-12%(Co+Ni)硬质合金微观组织和性能的影响。研究发现：在两相区内较高C量会抑制Ostwald机制(较小颗粒溶解而较大颗粒继续长大的机制)中WC的溶解过程；在两相区以下较低C量，脱碳相的存在会抑制Ostwald机制中WC的沉积过程。随着碳含量的增加，WC平均晶粒度呈先增大后减小的趋势，在C含量为5.11%时达到最大值。碳含量的增加会影响W的溶解度，W在缺碳区形成η相和在两相区沉淀形成WC都会造成黏结相W溶解度的降低。能谱(EDS)显示碳含量为5.21%时合金黏结相溶解的W约19.41%，较5.11%碳含量的合金下降了19.45%。碳含量和微观组织对硬质合金的性能具有敏感性：密度随碳含量的增加略有下降，而钴磁上升却很明显；合金的洛氏硬度HRC和抗弯强度随着碳含量成抛物线变化趋势，在5.16%达到极大值，分别为83和2070 MPa。     

超细WC—10Co硬质合金的显微结构与机械性能

本文对超细WC-10wt％Co-X硬质合金的机械性能进行了研究：通过喷雾干燥，用舍AMT和硝酸钴溶液来制取超细原始粉末，再用机械一化学工艺，将原始粉末还原和碳化成WC／Co粉末：直径大约为100nm的WC粉末与粘结剂Co均匀地混合，在n-已烷和球料比为5：1的条件下湿磨24小时，过后再干燥24小时，并在Imtorr压力下和1375℃二的温度下进行烧结：为了比较超细硬质合金的显微结构与机械性能，将直径为0．57μm～4μm的WC粉末与Co粉末进行混合，随后在1mtorr压力下和1375℃二的温度下烧结：添加不同数量的TaC、Cr3C2、和VC晶粒长大抑制剂到WC-10wt％Co超细硬质合金中，发现烧结后超细硬质合金中的Co相在WC晶粒的边缘快速产生：Hall-Petch类型关系说明WC—10wt％Co硬质合金的硬度是随着WC晶粒度的下降而增加，而抗弯强度则取决于Co粘结相中的溶解度。     

Co-W-C系合金的磁性及其应用

研究了Co粉、Co－W－C固溶体合金及WC－Co硬质合金的饱和磁化强度和矫顽磁力，提出了比娇顽磁力（Hsc）物理量。结果表明，用比饱和磁化强度4πσ和比娇顽磁力Hsc分别取代饱和磁化强度Ms和矫顽磁力Hc表征该系合金的磁性更为合理；该系合金的磁性受多种因素制约，其磁性与合金碳含量间不存在“单一性”对应关系，Ms值与抗弯强度σbb间也无“良好的”对应关系；用Ms鉴定硬质合金的碳含量和综合评估合金材质，例如鉴定人造金刚石生产专用硬质合金顶锤的材质是有条件和有限度的。     

以蓝钨为原料制取的粗颗粒W粉、WC粉特性的研究

本文从粉末粒度分布、微观结构以及对合金性能的影响等三方面探讨了以蓝钨为原料制取用颗粒W粉、WC粉的特性。结果表明，从W粉、WC粉的粒度分布曲线来看，蓝钨原料与黄钨原料没有什么本质区别，要制取粒度分布比较平坦、没有尖峰的粗颗粒W粉和粒度分布曲线不出现双峰的粗颗粒WC粉不能靠选择原料种类来解决；用扫描电镜观察W粉、WC粉的微观形貌时发现，用黄钨为原料制的W粉、WC粉颗粒表面存在明显微孔，而这一现象在以蓝钨为原料制得的W粉、WC粉中没有发现；与黄钨相比，以蓝钨为原料制得的WC－Co、WC－Co－Ni硬质合金具有较好的综合性能。     

等离子体熔炼法制取WC—Co粉末

据稀有金属网于1995年No1报导，北京有色金属研究总院最近研制成功用等离子体熔炼法制取WC－Co硬质合金粉末。传统的制取方法是要长时间的破碎研磨，工艺冗长复杂。此新工艺可直接得到不同粒度的粉末，可按需要制得不同山含量硬质含金粉末，粉末的氧含量低，一般为0．1～0．15％。由该粉末的制成的合金经磁饱和强度和X射线衍射分析表明。WC－Co的合金化程度比国内同类产品要高。金相分析表明WC的粒子表面Co层分布均匀。该粉末的粒形呈／球形或者椭圆形，流动性好；粉末粒径范围为10－80μm。WC－Co粉经等离子体喷涂试验，效果很好，Co…     

APT晶型与粒度组成对碳化钨粉粒度及硬质合金晶粒异常长大的影响

选择单晶和多晶两种晶型的APT为原料，对粒度组成进行了筛分控制，通过对比以不同晶型与粒度组成的APT为初始原料制备的WC粉的形貌与粒度、硬质合金的粗晶数量，研究了APT晶型与粒度对WC粉和硬质合金物理性能与微观结构的影响。结果表明：相较于多晶APT，采用平均粒度接近的单晶APT制备的WC粉具备相对较小的平均粒度和更集中的粒度分布。同时，在不同碳含量和烧结温度下，以单晶APT为初始原料生产的WC所制备的硬质合金具备明显较少的异常长大晶粒，并且随烧结温度的升高和碳含量的增加，异常长大WC晶粒数量增加显著低于多晶APT生产WC所制备的合金；另外，无论是单晶还是多晶APT粉末中，控制200目以上粗大颗粒的存在，都会明显降低WC粉的平均粒度和离散度，并获得异常长大晶粒较少的硬质合金。     

金刚石沉积过程中硬质合金基体的相互作用

金刚石涂层在硬质合金基体上的沉积及其粘结强度明显取决于基体的成分。尤其在低碳硬质合金基体上沉积的过程中，基体从含碳介质中吸收碳，从而阻碍了硬质合金上金刚石涂层的形成。此过程占用了沉积过程的很长时间，并能使金刚石一硬质合金界面的一部分金刚石涂层分解，从而降低界面的粘结强度。为了研究沉积过程中这种作用，实验是在缺碳、含有少量1碳化物(Co3W3C)的基体上完成的，通过使用这种合金样品发现Co3W3C C转化成Co(C，W) WC的反应前沿从表面迁移到了整个材料中，这也证实碳已扩散到了基体中。本文表明，温度在900℃时C和W的扩散速率以及反应速率都很高足以使所有η碳化物转化成Co(C，W) WC：经20小时的沉积后反应前沿已进入基体中约0．9mm深。沉积过程中钴粘结剂中的碳饱和以及部分金刚石涂层的分解可通过对基体不同深度部分进行晶格常数测定和通过界面的SIMS测定进一步加以证实。     

Co掺杂对粗颗粒、特粗颗粒WC粉末粒度与微观形貌的影响

以粗颗粒与特粗颗粒W粉为原料,研究了Co掺杂对粗颗粒与特粗颗粒WC粉末粒度与微观形貌的影响。结果表明,Co掺杂有利于WC粉末Fsss的提高与游离碳的降低,有利于得到单晶WC粉末。当Co掺杂量为w(Co)=0.035%时,WC粉末颗粒与晶粒形貌发生巨大变化,WC晶粒的结晶完整性明显改善,呈现明显的生长台阶与生长平面,但特粗颗粒WC粉末颗粒形貌的规则度较粗颗粒WC粉末的低。当碳化温度由1900℃提高到2000℃后,Co掺杂特粗WC颗粒表面出现大量WC纳米颗粒依附物。     

EFFECTS OF SIZE COMBINATION AND CONTACTING STATE OF RAW POWDER PARTICLES ON SPARK PLASMA SINTERED ULTRAFINE CEMENTED CARBIDES

本文采用亚微米WC粉和纳米Co粉、亚微米WC粉和高能球磨后具有纳米晶组织的微米级Co粉这两种具有不同粒径匹配的混合粉末作为原料粉末，利用放电等离子烧结（SPS）技术制备超细晶WC-10Co硬质合金。对不同原料粉末的SPS过程及烧结试样的显微组织和性能进行了系统的对比分析。实验结果表明，以两种混合粉末为原料均获得了平均晶粒尺寸在200nm以下的超细硬质合金材料，其中，采用亚微米WC粉和高能球磨的微米级Co粉利用SPS技术制备的材料相对密度达到98%以上，硬度达到HRA94.5，断裂韧性达到13.50MPa•m1/2，表明具有优良的综合性能。而采用亚微米WC粉和纳米Co粉利用SPS技术制备出的超细晶硬质合金的组织均匀性和性能较差。根据SPS技术的特殊烧结机理，对采用不同粒径匹配和结合状态的WC和Co混合粉末的SPS致密化机制进行了分析。     

碳含量对缺碳硬质合金组织和性能的影响

通过配制不同碳含量的WC-6Co缺碳硬质合金,采用X射线衍射、光学金相、显微硬度、钴磁和TRS等分析方法,对比研究碳含量对低压烧结缺碳硬质合金的显微组织和性能的影响。结果表明:碳含量影响合金中η相的类型、含量、分布、WC的形状以及合金的性能;Co3W3C相出现在缺碳程度相对较小的合金中,其含量随碳含量的增加而增大,而Co6W6C相与之相反;合金中的η相总量随碳含量的增大而减少;随着缺碳程度的增加,合金中η相的分散均匀性变差,并且η相趋向于成大块状;WC大多呈现多角特征;合金的密度和维氏硬度随着碳含量的增加,先大幅度增加后缓慢减小,碳含量为5.2%(质量分数)时均出现最大值,合金的钴磁和横向断裂强度随着碳含量的增加而增加。     

硬质合金顶锤的组织缺陷和质量评估

列举了人造金刚石生产专用WC－Co硬质合金顶锤材料中的常见组织缺陷,论述了硬质合金材质的评估原理和方法。由于与合金碳含量无关的不均匀分布的组织缺陷严重危害顶锤的使用寿命,而WC－Co合金的饱和磁化强度（Ms、4πσ）与合金碳含量和钴含量间均不存在一一对应关系,因而单用饱和磁化强度测定值不仅难以准确评估顶锤的使用寿命,也难以鉴定合金的碳含量。配合模拟试样的破坏性实验和无损探伤测定不均匀分布的表层组织缺陷,用密度d和比饱和磁化强度4πσ无损测定材料的相组成和相成分、用比矫顽力HSC无损评估断裂韧性KIC则能满意地评估WC－Co硬质合金顶锤材质并预测其使用效果。     

高性能再生硬质合金的短流程回收制备

以WC-16%Co(质量分数)废旧硬质合金块体为原料,采用氧化-原位还原碳化的方法对其进行回收制备再生WC-16%Co复合粉,并对再生复合粉进行低压烧结制备再生硬质合金块体材料.通过热力学计算确定氧化物粉末和炭黑发生原位还原碳化反应的温度范围,采用实验方法系统研究了原料粉末中配C量对再生复合粉和再生硬质合金的物相组成、力学性能等的影响,并对再生合金的显微组织与性能的关系进行了分析.结果表明:随着原料粉中配C量的增加,再生复合粉中的Co6W6C相逐渐减少,总C和游离C含量增加;当配C量为16.60%时,可制备出化学成分符合原生WC-16%Co复合粉要求的再生复合粉,经低压烧结可得到物相纯净,断裂韧性达到23.05 MPa·m1/2,横向断裂强度达到4020 MPa的高性能再生硬质合金;再生硬质合金的Co相分布是否均匀,对再生硬质合金的综合性能优良与否起到至关重要的作用.     

WC-Co硬质合金中WC变粗的机理

<正>硬质合金的碳含量在WC晶粒的生长方面扮演着重要的角色。众所周知,含碳含量低的WC-Co硬质合金因为粘结相中的W浓度很高从而能够有效抑制WC的粗化。然而,目前对这种现象的形成机理还不是很清楚。德国Element Six Hard Materials,Element Six GmbH的I.Konyashin等人从活化能的角度研究液相烧结中WC粗化机理。他们用超粗WC粉末和10wt%Co粉混合,再加入钨粉或炭黑调节碳含量,经充分球磨并烧     

WC-Co硬质合金的Palmqvist韧性

根据WC－Co硬质合金的真实断裂韧性KIC与维氏硬度HV间的实验关系规律和线弹性断裂力学分析，讨论了由Viswanadham和Venables提出的Palmpvist表面断裂韧性W和维氏硬度HV间的实验关系1／W＝AH－B的实用性和W＝β·GIC（GIC为应变释放率）假设的可靠性．结果表明，对于WC－Co硬质合金，难以用Palmqvist表面韧性取代KIC。