超细WC-Co硬质合金的制备与性能研究

利用高能球磨法制备纳米级WC-Co混合粉末,采用脉冲电流烧结技术进行烧结。用能谱分析仪(EDX)对球磨后的粉末进行成分分析,用X射线衍射(XRD)对比分析球磨前后WC-Co混合粉末的衍射峰变化,用透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)对所制备的粉末及烧结材料进行了组织形貌观察,并测定了烧结试样的硬度。结果表明:随着球磨时间的延长,WC-Co纳米粉末的粒度逐渐变小,当球磨时间超过30h后获得了粒度为100nm以下的WC-Co纳米粉末。脉冲电流烧结后获得超细WC-Co硬质合金,与传统的WC-Co硬质合金相比,超细WC-Co硬质合金具有更高的硬度(HRA92.5～94)和耐磨性。另外通过实验获得了最佳的烧结工艺参数。     

再生料制备的硬质合金组织与性能研究

以电解法回收的WC粉和Co粉为原料,通过高能球磨、压制成型和1400℃真空烧结制成YG6、YG8、YG11三种合金,检测了合金的硬度、密度、抗弯强度、金相等力学性能及微观组织。分析讨论了回收WC粉、Co粉与原生WC粉、Co粉在化学成分、颗粒形貌等方面的不同,通过断口观察测量断裂源缺陷尺寸,分析讨论再生料制备的硬质合金缺陷尺寸与强度的关系。     

以石墨烯为碳源的硬质合金制备与性能研究

以N-甲基吡咯烷酮分散的石墨烯代替常规的冶金炭黑作为碳源,采用短流程原位还原碳化反应制备出纳米晶WC-Co复合粉末,石墨烯作为碳源可显著降低原位还原碳化反应温度,复合粉末粒径细小且分布均匀。采用放电等离子烧结系统对复合粉末进行快速烧结致密化,得到平均晶粒尺寸为~290nm的超细晶硬质合金块体材料,具有硬度值HV30为1387.7±13.1kg/mm2,断裂韧性KIC值为8.3±0.1MPa?m1/2的良好力学性能,通过HRTEM观测得到试样中WC/WC晶界、WC/Co相界、WC/C相界具有很高的匹配度。     

硬质合金复合刀具的制备及性能研究

采用热压烧结法制备了不同SiC晶须含量的硬质合金复合刀具,研究了不同SiC晶须含量对材料密度、硬度、孔隙度、断裂韧性和断口形貌的影响。结果表明,SiC晶须含量的增加会使得硬质合金复合刀具密度呈现逐渐降低的趋势;当SiC晶须含量为0.4%时,复合刀具可以取得硬度和断裂韧性的最大值;添加SiC晶须的复合刀具中的晶须拔出和晶须桥接机制可以有效提高复合刀具的强塑性。     

钽的氮离子注入法研究

实验研究证实,通过氮离子注入的方法对钽基材进行表面强化,可大大提高钽材的表层硬度及耐蚀性能。俄歇电子能谱及X射线衍射分析表明,Ta注入N~+后生成了新相TaN_(0.1)。     

梯度超粗晶硬质合金的制备与组织性能研究

本文报道了一种制备梯度超粗晶硬质合金的新方法:结合初始WC-Co硬质合金棒料的成分设计和区域熔炼处理工艺,制备了显微组织和性能连续梯度分布的硬质合金棒料。对制备的梯度硬质合金棒料分别表征分析显微组织结构、晶粒尺寸、Co含量变化和硬度分布等,结果表明:沿着硬质合金棒料的轴线方向,WC晶粒尺寸范围为14.95~25.09μm,Co的质量分数变化为3.0%~12.5%,硬度变化范围为8 100~9 800 N/mm2。本文提出的新方法实现了梯度结构和超粗晶组织的有效结合,可赋予硬质合金棒料不同部位以不同特征的力学性能。     

双晶WC硬质合金的 放电等离子烧结制备与性能研究

选用2种不同粒度的WC粉末按照一定的配比,采用SPS烧结制备出无粘结剂的双晶硬质合金样品,对样品的维氏硬度、断裂韧性、抗弯强度等力学性能进行测试,并用XRD和SEM对其物相组成和微观形貌进行分析。实验结果表明,在1 900℃,40 MPa烧结条件下,当超粗颗粒平均粒径为45.0μm时,双晶WC硬质合金的硬度、断裂韧性和抗弯强度达到最大值,分别为1 645 HV1,14.61 MPa·m~(1/2),653.0 MPa,综合力学性能最佳。     

以石墨烯为碳源的硬质合金制备与性能

以N-甲基吡咯烷酮分散的石墨烯代替常规的冶金炭黑作为碳源,采用短流程原位还原碳化反应制备出纳米晶WC-Co复合粉末。采用放电等离子烧结系统对复合粉末进行快速烧结致密化。结果表明,石墨烯作为碳源可显著降低原位还原碳化反应温度,复合粉末粒径细小且分布均匀。得到的超细晶硬质合金块体材料平均晶粒尺寸约为290 nm,HV_(30)硬度值为13.877±0.131 GPa,断裂韧性KIC值为8.3±0.1 MPa·m~(1/2)。通过HRTEM观测表明,试样中WC/WC晶界、WC/Co相界、WC/C相界具有很高的匹配度。     

Micro-FAST制备WC-TiC-Co硬质合金的性能和组织研究

将多物理场耦合活化烧结技术(Micro-FAST)和燃烧合成技术相结合,在WC-8Co原始粉末中加入一定量的Ti粉和C粉,通过原位合成了TiC,制备了尺寸为φ4 mm×4 mm的WC-TiC-Co微型圆柱硬质合金。研究了工艺参数对硬质合金性能和组织的影响。结果表明,WC-8Co-4Ti-2C和WC-8Co-6Ti的样品在成分检测中均检测出TiC相,同时还伴随着(W,Ti)C相的生成。WC-8Co-4Ti-2C和WC-8Co-6Ti的样品致密度随着烧结温度的增加而增加,最高可达到96.82%;同时,试样的微观孔隙减少。显微硬度及断裂韧性均随烧结温度的增加而减小,显微硬度最高可达1936.7 HV30,断裂韧性最高可达8.0270 MPa·m~(1/2),整体上WC-8Co-6Ti样品的力学性能要优于WC-8Co-4Ti-2C样品的。     

烧结温度对含钽双晶硬质合金组织和性能的影响

同时采用不同粒度WC原料制备WC-TaC-Co硬质合金,并在不同的温度下进行烧结。研究表明:合金主要由两相组成,晶粒大小相间。所测硬度、密度和矫顽磁力随温度升高先升后降,抗弯强度随烧结温度升高而略有升高,但变化不明显。烧结温度为1450℃保温1.5h时,合金的综合性能达到最优,维氏硬度(HV30)为1668.8,抗弯强度为988MPa,密度为14.87g/cm3,矫顽磁力为15.2kA/m,此时Ta元素对WC晶粒的抑制效果最佳,晶粒尺寸达到0.75μm±0.33μm。     

钽粉的低温掺氮及氮在钽中的分布

叙述了钽粉在镁还原脱氧后引入氮气对钽粉进行掺氮,在200℃以下0．1MPa以上,保温时间大于2h时,得到的钽粉粒子间含氮差别率在20％以下。用俄歇电子能谱仪对渗氮的钽表面进行元素分布研究,发现氮在钽中分布是不均匀的,对于每个粒子也是外表面氮浓度大于钽内部的氮浓度。     

氮掺杂TiO2光催化剂的制备与性能研究

采用水热法结合固相反应法制备了氮掺杂TiO2光催化剂。以苯酚为降解底物，考察了不同煅烧温度下制备的光催化剂在可见光照射下的光催化性能。采用了XRD、UV-Vis／DRS、XPS等手段对制备的掺氮TiO2光催化剂进行了表征。结果表明：当固相反应温度为300℃时所制备的样品为锐钛矿相，当反应温度达800℃时开始由锐钛矿相转变为金红石相：紫外一可见漫反射光谱结果表明所制备掺氮TiO2在可见光区和紫外光区都有较强的吸收，而纯TiO2只对紫外光有较强的吸收：当反应温度为500℃时，可见光活性最大，对苯酚的降解率最大，在4h内对苯酚的降解率达到52．57％。     

氮掺杂TiO2光催化剂的制备与性能研究

采用水热法结合固相反应法制备了氮掺杂TiO2光催化剂.以苯酚为降解底物,考察了不同煅烧温度下制备的光催化剂在可见光照射下的光催化性能.采用了XRD、UV-Vis/DRS、XPS等手段对制备的掺氮TiO2光催化剂进行了表征.结果表明:当固相反应温度为300℃时所制备的样品为锐钛矿相,当反应温度达800℃时开始由锐钛矿相转变为金红石相;紫外-可见漫反射光谱结果表明所制备掺氮TiO2在可见光区和紫外光区都有较强的吸收,而纯TiO2只对紫外光有较强的吸收;当反应温度为500℃时,可见光活性最大,对苯酚的降解率最大,在4h内对苯酚的降解率达到52.57%.     

钽及钽合金的制备方法和力学性能研究

钽是过渡族金属元素,其强度低、塑性极佳。钽-钨合金的熔点高、热强性和加工性能良好,是重要的结构材料和功能材料。制备钽和钽合金的方法有粉末冶金法和电子束熔炼法等。简要介绍了钽和不同含钨量的钽-钨合金的力学性能、化学性能、冷变形加工(主要是冷轧)性能、轧制后的退火工艺以及应用等。     

生物医用金属钽涂层制备及性能

本研究采用常压化学气相沉积技术在平面和多孔钛合金基体上制备了金属钽涂层。反应原料为化学纯的五氯化钽,以高纯氢气作为还原气体及载气,将蒸发后的五氯化钽输送到高温沉积区,通过还原反应生成金属钽,并沉积在钛合金表面。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和摩擦磨损试验机等设备对涂层进行表征。结果表明,钽涂层不仅可以沉积在平面钛合金表面,还可以沉积在多孔基体的外表面及内表面,而氢气流量和沉积温度均显著影响钽涂层的表面形貌及性能。经过实验参数的优化,钽涂层与钛合金基体有较佳的结合力,满足植入条件的要求。本研究结合了钛合金相对低廉的成本和金属钽优异的生物特性,为多孔钽在医疗领域的广泛应用提供了支持。     

纳米硬质合金制备技术的研究

研究了 WC-Co纳米硬质合金的制备技术。采用强化球磨、添加晶粒长大抑制剂和低温加压烧结工艺 ,获得了 WC晶粒度接近 2 0 0 nm的硬质合金。研究了 VC和Cr3 C2 两种抑制剂加入量对合金组织、WC晶粒度和性能的影响以及抑制晶粒长大的机理。研究结果表明 ,添加 VC和 Cr3 C2 晶粒长大抑制剂十分有效的抑制了晶粒的长大 ,合金中的 WC晶粒度随抑制剂加入量的增加而细化。但过多的抑制剂不仅会导致碳化物在 WC/Co晶界上大量析出 ,而且也会增加孔隙度 ,结果增加了合金脆性 ,降低了合金的强度 ,其有害影响 VC比 Cr3 C2 更大。采用加压烧结可消除合金中的孔隙提高合金的强度。     

WC-Ni-Fe-Mo硬质合金的微观结构与性能研究

本文采用低压烧结的方式制备了性能良好的 WC–Ni–Fe–Mo 硬质合金,研究分析了不同 Mo 添加量对 WC–Ni–Fe硬质合金组织性能的影响。结果表明：不同 Mo 添加量对 WC–Ni–Fe 硬质合金的微观结构与性能有着显著地影响。添加微量的 Mo 可以抑制 WC-Ni-Fe 硬质合金中 WC 晶粒的溶解再析出长大,一定程度上可以细化 WC 晶粒。随着 Mo 在 WC–Ni–Fe 合金中的含量增加,合金孔隙率逐渐下降。密度先下降后升高,而抗弯强度的变化趋势则相反。当 Mo 添加量较少时,合金的硬度较为稳定,抗弯强度明显提升,而断裂韧性逐渐降低;当 Mo 添加量较大时,合金的硬度、抗弯强度降低,而断裂韧性上升。当 Mo 的添加量为0.5 wt %时,合金具有最佳的力学性能,可与同比例 Co 含量的 WC–Co 硬质合金相媲美,其维氏硬度为 HV 1460、抗弯强度为 4245 MPa、断裂韧性为 17.01 MPa·m1/2。     

硬质合金刀具表面过渡层的制备及其性能

采用双辉等离子表面冶金技术在硬质合金铣刀片表面制备了SiC/HfC过渡层,研究了基材温度对过渡层物相、表面和截面显微形貌、显微硬度和结合强度的影响。结果表明,不同基材温度下SiC/HfC过渡层都由WC、Si、SiC、HfC和CoHf相组成;随着基材温度的升高,HfC垂直于(111)晶面的平均晶粒尺寸逐渐增大,过渡层表面粗糙度呈现先减小而后增大,HfC内层厚度和生长速率逐渐增加,而SiC外层厚度和生长速率先增加而后减小;随着基材温度的升高,过渡层表面硬度呈现先增加而后减小的趋势,在基材温度为800℃时取得最大值(2920HV0.1),此时过渡层的结合强度为HF1～HF2级(涂层结合力好),过渡层发生剥落的临界载荷为77N,为适宜的制备SiC/HfC过渡层的基材温度。     

固体渗碳制备粗晶功能梯度硬质合金及其组织与性能研究

粗晶硬质合金由于高导热率、高强度及耐冲击等性能而被广泛应用于采掘钻探等。本文通过固体渗碳制备粗晶功能梯度硬质合金,研究制备粗晶功能梯度硬质合金的不同渗碳参数,探索渗碳工艺与合金显微组织及力学性能的关系。研究发现,在不同的渗碳温度下,粗晶硬质合金渗碳效率均较低,梯度层形成缓慢;低于1 440℃,渗碳反应及扩散较慢,难以制备获得功能梯度硬质合金。超过1 450℃,可以通过固体渗碳获得功能梯度硬质合金。当温度达到1 450℃后,继续提高温度对合金梯度层的形成影响不大;而延长时间却可以使其渗碳反应得到充分进行,梯度层提高明显。同时,稀土Y_2O_3在粗晶功能梯度硬质合金中对梯度层形成、晶粒抑制作用及其力学性能的影响均较为有限;随渗碳温度升高,其添加效果减弱。