压力对放电等离子烧结硬质合金性能的影响

采用放电等离子技术(SPS)烧结WC-12Co硬质合金.主要研究了SPS烧结过程中压力对WC-12Co硬质合金致密化、显微组织及性能的影响,并探讨了压力对致密化和WC晶粒长大的影响机制.结果表明,提高SPS烧结压力提高了WC-12Co硬质合金的密度但导致了wC晶粒的长大.在较低的烧结温度下(1100℃)或较短的保温时间内(3 min),烧结压力对密度的影响较为显著.在较高的烧结温度(1150℃)时,烧结压力的提高导致合金中WC晶粒的明显长大.烧结压力对SPS烧结WC-12Co硬质合金力学性能的影响是通过对密度和WC晶粒尺寸的影响而起作用的.     

纤维状WC晶粒硬质合金的制备

以高能球磨方法处理制备的纳米晶复合粉末为原料，通过真空烧结制备硬质合金块体，研究该纳米晶复合粉末的烧结致密化行为和显微结构特征。结果表明：该纳米晶粉末的烧结致密化可依烧结温度从低至高分为、3个阶段，而在高于1250℃的液相烧结阶段，将温度提高至1375℃烧结30min，可获得密度为14．46g／cm^3、烧结收缩率为27．2％的致密硬质合金。此时，WC晶粒呈纤维状，随机分布在烧结体中，其长度约为1．2μm，径向尺寸约为100nm；采用高能球磨处理工艺可以获得原位生成的纤维状WC晶粒增强的硬质合金。     

纳米结构碳化钨/钻粉的开发与应用

由于含超细显微结构的硬质合金材料具有改善机械性能这一潜在优势,使得人们继续致力于旨在生产这种材料的研究活动.目前业已将新烧结技术开始利用纳米结构WC—Co粉末.把平均烧结粒度减小到100nm以下的工作已初露曙光.尽管要获得真正有意义的WC—Co硬质合金尚需时日,但已迈出了第一步,即生产纳米结构粉末.这种用喷雾转化工艺生产的市售粉末由弥散在金属粘结相中的20—500nmWC晶粒构成.这些小WC晶粒比用传统碳化法生产粉末小一个数量级.本文探讨纳米结构WC—Co粉末开发现状以及喷雾转化工艺的生产能力,并论述了应用纳米结构粉末所面临的种种机遇.     

高能球磨和放电等离子体烧结制备超细WC-8Co硬质合金

以0 .8 1μm的WC粉和1.3 5 μm的Co粉为原料,采用高能球磨制备了粉末比表面积为6.82m2 ·g- 1 ,粉末粒度为5 9.4nm的WC 8Co混合粉末。将此纳米粉末采用放电等离子体烧结(SPS)制备了WC晶粒度为0 .5～0 .6μm、硬度为HRA93 .5的超细硬质合金。研究了SPS烧结温度和添加晶粒抑制剂对显微组织与HRA硬度的影响。     

一种新型晶粒长大抑制剂对纳米硬质合金烧结行为的影响

研究了一种新型晶粒长大抑制剂对纳米硬质合金真空烧结行为的影响，探讨了其影响机理。结果表明．新型晶粒长大抑制剂有利于烧结致密化；在传统抑制剂——过渡族元素碳化物中添加新型晶粒长大抑制剂，即获得复合抑制剂，其抑制晶粒长大的效果显著，并明显使WC晶粒在烧结过程发生定向生长；含0．1％新型晶粒长大抑制剂的WC—10Co-0.8VC/Cr2C3纳米晶复合粉末压坯在1375℃烧结30min后，密度为14．48g／cm^3,晶粒尺寸为160nm。显微硬度为2150MPa。     

压力辅助临界液相烧结WC-0.6VC-10Co超细硬质合金的微观组织结构和性能

用真空热压法在 12 80～ 13 2 0℃温度范围内烧结制备了WC 0 .6VC 10Co超细硬质合金。微观组织结构和性能评价结果表明 :从国际市场上购买到的超细WC和Co粉 ,经过适当的粉末冶金工艺过程和 13 0 0℃以上压力辅助烧结可获得完全致密化的合金。致密化合金中的WC晶粒尚未明显生长 ,其平均晶粒间距为 169～ 179nm ,合金的维氏硬度值均超过了HV30 2 0 0 0 ;随烧结温度的升高 ,合金的Palmqvist断裂韧性增加 ,13 2 0℃热压样品的Palmqvist韧性值可达 5 17N·mm- 1 。在高分辨场发射扫描电镜下观察到的“WC晶粒团簇”现象 ,造成Co粘结相微观分布不均匀。对实验结果的分析和讨论有助于理解超细硬质合金烧结过程的机制和进一步优化其制备工艺过程。     

纳米晶WC-10Co复合粉末的烧结致密化行为

研究了机械合金化纳米晶WC-10Co复合粉末的真空烧结致密化行为和一般规律。结果表明:提高烧结温度和延长烧结时间有利于样品的烧结致密化过程,在1275-1300℃时致密化速度较快,在1300℃烧结15min后致密化过程基本完成;VC和Cr3C2复合晶粒长大抑制剂含量的增加不利于致密化过程;新型晶粒长大抑制剂A可以更有效地抑制晶粒长大;纳米晶WC-10Co-0.8VC／Cr3C2-0.2A复合粉末压坯在1375℃烧结30min后,所得的烧结密度为14.48g／cm3,晶粒尺寸约为180nm。     

纳米粉末溶解法制备粗晶WC-Co硬质合金

特粗晶硬质合金是一类发展中的先进矿业用硬质合金。采用纳米粉末溶解法制备特粗晶硬质合金,得到WC平均晶粒尺寸为8~9μm的特粗WC-Co硬质合金,研究发现纳米粉末可通过扩散机制控制小晶粒粗化。此方法不仅使WC平均晶粒尺寸增加,而且使WC-Co硬质合金的WC晶粒尺寸分布的均匀性得到提高;同时复杂形状晶粒明显减少,晶粒发育得到改善。     

纳米复合抑制剂对微波法制备WC-TiC-Co硬质合金组成和微观结构的影响

以纳米WC、TiC和Co粉为原料,用纳米V_8C_7-Cr_3C_2复合粉末作为晶粒抑制剂,研究了复合晶粒抑制剂对硬质合金的组成和微观结构的影响。结果表明:由微波原位合成的纳米V_8C_7-Cr_3C_2复合粉末显示出良好的分散性,主要由平均尺寸约30 nm的球形或类球形颗粒组成。WC基复合粉末经微波烧结后,主要由WC和TiC组成,并且WC衍射峰强度明显减弱。添加纳米复合晶粒抑制剂后,硬质相的分布较均匀,平均晶粒尺寸在500 nm左右。     

纳米WC-Co复合粉末的制备工艺及其烧结特性

综述了纳米WC－Co复合粉末制备工艺的国内外研究进展，总结了纳米WC－Co硬质合金复合粉末的烧结特性，并对目前国内外的研究现状进行了分析，指出了研究中所存在的问题和研究趋势。     

低压烧结对硬质合金组织和性能的影响

通过配制不同粒度的WC粉末,分别在低压和真空条件下烧结制备WC-6Co硬质合金,采用扫描电镜分析、光学金相检测、显微硬度试验、钴磁检测、矫顽磁力检测和抗弯强度检测等方法,对比研究了低压烧结和真空烧结制备的硬质合金的显微组织和性能。结果表明,与真空烧结相比,低压烧结有效地降低了合金的孔隙度,增大了合金的密度,提高了合金的综合性能;低压烧结对合金的组织和性能的影响程度与原料WC粒度有关,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。     

η相粉末的制备及烧结工艺对板状WC晶粒的影响

以W粉、Co粉及炭黑为原料制备η相粉末,向WC–10Co混合粉末中加入质量分数为8%的η相粉末和一定化学计量比的工业炭黑,利用传统粉末冶金工艺制备含板状WC晶粒的硬质合金。研究了合成温度对η相的影响以及烧结温度、固相烧结升温速率对板状WC晶粒的作用。结果表明:在氮气保护气氛下,当行星球磨时间为12 h时,1050℃保温1 h即可得到Co_6W_6C相含量较高的η相粉末。在保温时间为1 h的前提下,烧结温度为1440℃,有利于合金中板状WC晶粒的生长,此时合金的力学性能最佳;在烧结温度与保温时间一定的前提下,当固相升温速率由6℃/min降低到2℃/min时,板状WC晶粒的尺寸和长厚比逐渐增加,合金的强度保持不变,维氏硬度提高了3%,断裂韧性提高了13%。     

烧结曲线(MSC)在200nm WC-Co硬质合金晶粒长大模拟中的应用

利用Master Sintering Curve晶粒长大方程模拟了200 nm WC-Co硬质合金固相烧结和液相烧结过程中WC晶粒的长大曲线,并与实际烧结实验相比较.烧结实验选用的WC的粒度为200 nm,采用球磨混料,经过普通模压,压制压力为200 MPa,制备出直径为20 mm、厚度为3～5 mm的压坯.烧结实验在管式炉中进行,烧结气氛为高纯氢气,加热速率为10℃·min<'-1>,烧结时间为10 min.结果表明:Master SinteringCruve模型在WC-Co硬质合金烧结过程中具有很好的适用性.计算出的品粒长大随烧结温度的变化与实际烧结实验具有很好的一致性.经过固相烧结,200 nm的WC长大到254 nm,烧结激活能为450 kJ·mol<'-1>,但体积扩散和晶界扩散机制的区别不是很明显.经过液相烧结WC颗粒继续长大到287 nm,此时固液相的界面反应控制整个烧结过程,烧结激活能为474 kJ·mol<'-1>.压坯烧结激活能的增加,将显著抑制在烧结过程中WC晶粒的长大.     

烧结方法对WC-Co硬质合金性能的影响

以原位还原碳化反应法制备的超细WC-Co复合粉为原料,分别采用放电等离子烧结、低压烧结和真空烧结工艺获得块体硬质合金,系统研究烧结方法对合金的显微组织、密度及力学性能的影响。结果表明:放电等离子烧结的合金中,主相为WC和Co,有少量η相(Co6W6C),低压烧结和真空烧结获得的合金中物相为WC和Co;所用3种不同的烧结方法均能获得细晶块体硬质合金,其中放电等离子烧结的晶粒最细为0.35μm;低压烧结合金具有优异的综合性能,HV30为15 121 MPa,断裂韧性为13.6 MPa.m1/2,横向断裂强度为4 210 MPa。     

碳化钨喷涂粉末在超音速火焰喷涂过程中的失碳研究

失碳是影响碳化钨涂层性能的关键因素之一。本文分别以纳米碳化钨和微米碳化钨为原料制备了两种喷涂粉末,采用水冷法收集了超音速火焰喷涂过程中的粉末,并制备了对应的涂层。利用X射线衍射仪和X射线光电子能谱仪测量了水冷收集粉末和涂层的物相组成和表层的物相,采用高频燃烧红外吸收法测定了粉末和涂层中的碳含量。结果表明,喷涂过程中在粒子飞行过程中出现了W_2C,在颗粒撞击后凝固阶段出现了Co_3W_3C。纳米碳化钨粉末的含碳量由5.13%降至喷涂过程中的4.93%,在涂层中的含碳量为4.67%,微米碳化钨含碳量由5.25%降至喷涂过程中的5.09%,在涂层中的含碳量为4.97%。     

放电等离子烧结制备超细晶WC-3Co硬质合金的组织和性能

采用高能球磨制备纳米WC-3Co粉末,再通过放电等离子烧结(spark plasma sintering,SPS)制备超细晶WC-3Co硬质合金。研究SPS工艺参数对合金致密度、显微组织和力学性能的影响,并对SPS和热压工艺(hotpressing,HP)进行对比。结果表明:SPS可实现WC-3Co粉末的低温快速致密化。升高温度或提高压力都使得合金的致密度提高,同时导致WC晶粒长大。SPS较HP升温速率快且烧结时间更短,合金组织更加均匀,在1 300℃保温5 min、烧结压力为40 MPa的条件下所制备的合金具有最佳综合性能,其平均晶粒度为0.32μm,相对密度、硬度、抗弯强度、断裂韧性分别为99.3%、2257 HV30、1 906 MPa、10.36 MPa.m1/2。而在1 450℃、压力为50 MPa、保压5 min条件下,热压合金的致密度、硬度和断裂韧性分别为99.6%、2 264 HV30和11.01 MPa.m1/2,但抗弯强度只有1 301 MPa,平均晶粒度为0.47μm。     

回收WC制备硬质合金过程中的碳量控制

通过化学成分分析和扫描电镜研究锌熔法回收的WC与钨粉碳化后的原生WC粉在化学成分、颗粒形貌和费氏粒度等方面的不同.以锌熔法回收的WC粉和Co粉为原料,经过调碳,制备不同含碳量的YG8混合料,再经相同的压制、真空烧结制度制得YG8合金,研究碳含量对该合金组织及力学性能的影响,并重点探讨在真空烧结过程中的控碳问题.研究表明,对回收碳化钨进行适当的碳量调配,并通过工艺控制,可以生产出综合性能良好的硬质合金制品.     

Synthesis of ultrafine WC/Co powder by mechanochemical process

Abstract

A new approach to produce ultrafine WC/Co powder by a mechanochemical process was made to improve the mechanical properties of advanced hardmetals and to cut production costs. For powder preparation, the water soluble salts containing W and Co components were used as starting materials. After synthesis of the precursor powder from an aqueous solution by a spray drying technique, a salt removing heat treatment in air atmosphere was carried out to prepare the oxide powder. The oxide powder was mixed with carbon black by ball milling and this mixture was converted at 800^oC to the nanophase WC/Co powder in H₂ and N₂ atmospheres. The average size of the WC particle was 100-150 nm. The possibility of achieving high density sintered material with an ultrafine and homogeneous microstructure using grain growth inhibitors, such as tantalum and vanadium carbides, has been shown.     

Fabrication of ultrafine and nanocrystalline WC–Co mixtures by planetary milling and subsequent consolidations

Abstract

In this work ultrafine and nanocrystalline WC–Co mixtures were obtained by low energy milling in planetary ball mill. The effect of the processing conditions on the reduction and distribution of the grain sizes and the internal strains level were studied. The characterisation of the powder mixtures was performed by means of scanning and transmission electron microscopy and X-ray diffraction analysis. Observations through SEM and TEM images showed a particle size below 100 nm, after milling. The X-ray diffraction profile analysis revealed a WC phase refined to a crystallite size of 19 nm.

The mixtures obtained have been consolidated and mechanical and microstructurally characterised. The results show improvements in resistant behaviour of the material consolidated from nanocrystalline powders, in spite of the grain growth experienced during the sintering. The best results were found for the material obtained by wet milling during 100 h, which presents values of hardness higher than 1800 HV.     

紫钨喷雾干燥-直接碳化法制备纳米WC-Co复合粉

以WC-6%Co为基本成分,计算原料紫钨、醋酸钴、有机碳及超纯炭黑配料量,称量后加入装有适量纯水的可倾斜式滚动球磨机,湿磨混匀12 h,形成复合盐料浆,然后充分搅拌,进行喷雾干燥后制备的前驱体粉末粒度在10¹00μm,平均粒度为50μm。将喷雾干燥好的粉末装舟(200 g),推入高温钼丝炉中,通入氢气,还原碳化温度950℃,时间30min制备的纳米WC-Co复合粉,粉末粒度分布窄,颗粒粒度在5100μm,平均粒度为50μm。将喷雾干燥好的粉末装舟(200 g),推入高温钼丝炉中,通入氢气,还原碳化温度950℃,时间30min制备的纳米WC-Co复合粉,粉末粒度分布窄,颗粒粒度在5⁴5μm,平均粒度为23.38μm。SEM、BET结果表明WC晶粒度在300 nm左右,由扫描电镜(SEM)、X光微区分析(EDS)及元素面分布图得到,W、Co、C分布均匀、Co相均匀包覆在WC晶粒周围,不存在成分偏析。XRD的半高宽窄,晶粒细小;物相纯净,无η相。