超细WC-Co复合粉的原位反应合成及烧结致密化

以微米级蓝钨(WO2.9)、四氧化三钴(Co3O4)和炭黑(C)为原料,采用真空原位还原碳化反应制备超细WC-Co复合粉末,经过真空烧结得到WC-Co合金块体。利用扫描电镜、X射线衍射仪观察和分析复合粉末及合金显微形貌及物相组成,研究原料粉末中配碳量对WC-Co复合粉及合金物相与力学性能的影响。结果表明:所得平均粒径为300 nm的超细WC-Co复合粉末的主相均为WC和Co相,含有少量的η相(Co3W3C);原料粉末中配碳量(质量分数)为16.69%较为合适,此时可获得物相纯净、平均晶粒尺寸470 nm的超细晶WC-Co硬质合金,合金的横向断裂强度为2 464 MPa;原料粉末中配碳量为16.85%时,合金中存在少量的游离碳,横向断裂强度只有1 946 MPa。     

碳源对超细WC-Co复合粉末性能的影响

分别以有机碳、超纯炭黑为碳源,可溶性钨盐、钴盐为原材料,采用喷雾干燥、低温还原碳化法制备超细WC-Co复合粉末。对两种不同碳源制得的WC-Co复合粉末进行碳含量、氧含量、松装密度、BET比表面积、激光粒度分布测定、形貌观察和物相分析。研究碳源对超细WC-Co复合粉末性能的影响。结果表明:两种碳源制备的复合粉末都呈空壳球形结构,比表面积均大于2 m~2/g,一次颗粒尺寸在100～200 nm之间,空壳球体平均粒径在30～50μm之间。有机碳制备的复合粉末的一次颗粒间孔隙度更高,空壳球体壁厚更薄,粉末松装密度更低,所需的还原碳化温度更低、时间更短。     

生产粗晶粒WC-Co合金用WC粉的研究

本文介绍研究了适合于生产粗晶粒WC－Co硬质合金用的WC粉制备条件，如碳化温度、时间、配碳量、装舟量等对WC粉碳含量和粒度以及硬质合金性能的影响。     

还原碳化法制备超细碳化铬粉末

以纳米Cr_2O_3和乙炔黑为原料,经高温还原碳化制备超细Cr_3C_2粉末,研究反应温度、反应时间以及配碳量对Cr_3C_2粉末的粒度与游离碳含量的影响。通过热力学计算,只有当温度高于1 350 K时还原碳化反应才有可能进行,采用纳米Cr_2O_3可显著降低反应温度,在1 573 K下焙烧6 h碳化率即达到98.20%;Cr_3C_2粉末的游离碳含量随配碳量增加而显著提高,配碳量(质量分数)为理论配碳量的1.05倍时制得游离碳含量为0.23%、氧含量为0.91%(均为质量分数)、平均粒度为1μm的Cr_3C_2粉末,该粉末达到硬质合金及热喷涂应用的要求。     

超音速火焰喷涂法制备超细结构WC-Co涂层及其结构与性能表征

目前WC-Co类硬质合金涂层主要采用微米级粗粉制备.本文作者以WO2.9、Co3O4和碳黑为原料,利用原位反应合成技术制备超细WC-Co复合粉.配碳量(质量分数)为17.04％时(理论配碳量为16.83％),合成的WC-12Co超细粉末中只含有WC和Co两种物相,粉末平均粒径为210 nm.团聚造粒后利用超音速火焰喷涂...     

SPS原位碳化合成WC-6Co硬质合金

以钨粉、钴粉、炭黑、有机碳为原料,研究了W、Co和C混合粉末在放电等离子烧结系统中碳化反应快速烧结制备WC-6%Co硬质合金的原位碳化烧结工艺。系统研究了配碳量、烧结温度、保温时间和加压方式对硬质合金的显微组织结构和性能的影响。结果表明:碳含量为理论值1.2倍时合金物相为纯WC和Co相,无脱碳相,也未发现游离碳;烧结温度在1 250℃时,WC晶粒均匀且无异常长大;保温时间设置为5 min时,合金性能较为理想;在W、Co和C混合粉末烧结初期施加30 MPa压强,待温度升到800℃时再将压强加到50 MPa制备的合金孔隙较少,致密化程度高。本工艺较传统制备工艺具有流程短,成本低的特点,可为硬质合金工业生产提供参考。     

纳米NbC-Co复合粉末的原位合成及其在烧结硬质合金中的应用

首先探究了以Nb_2O_5、Co和炭黑的原位反应制备纳米NbC-Co复合粉末的最佳工艺,然后以此复合粉作为添加剂,研究了其对低压烧结制备WC-Co硬质合金组织和性能的影响。热力学计算和原位反应实验结果表明,原料粉末中未添加Co时存在明显的Nb_2O_5→NbO_2→NbC两段反应过程,而添加Co不仅显著降低了反应发生温度,还使Nb_2O_5的还原、碳化两步反应几乎同时进行。通过优化原料粉末的配碳量、反应温度,制备的NbC-Co复合粉物相纯净,具有较低的氧含量,平均粒径为82 nm。添加纳米NbC-Co使制备的WC-Co硬质合金的晶粒尺寸由0.7μm降低至0.48μm,组织更为均匀,室温和高温硬度均明显提高。即使温度达到800℃,制备的WC-12Co-1NbC硬质合金的硬度仍维持在890HV30。     

纳米NbC-Co复合粉末的原位合成及其在烧结硬质合金中的应用北大核心

首先探究了以Nb2O5、Co和炭黑的原位反应制备纳米NbC-Co复合粉末的最佳工艺,然后以此复合粉作为添加剂,研究了其对低压烧结制备WC-Co硬质合金组织和性能的影响。热力学计算和原位反应实验结果表明,原料粉末中未添加Co时存在明显的Nb2O5→NbO2→NbC两段反应过程,而添加Co不仅显著降低了反应发生温度,还使Nb2O5的还原、碳化两步反应几乎同时进行。通过优化原料粉末的配碳量、反应温度,制备的NbC-Co复合粉物相纯净,具有较低的氧含量,平均粒径为82 nm。添加纳米NbC-Co使制备的WC-Co硬质合金的晶粒尺寸由0.7μm降低至0.48μm,组织更为均匀,室温和高温硬度均明显提高。即使温度达到800℃,制备的WC-12Co-1NbC硬质合金的硬度仍维持在890HV30。     

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。     

XRD技术在纳米WC-Co复合粉制备过程中的应用

介绍了X射线衍射技术(XRD)的原理及其在钨粉末冶金中的运用,并结合笔者对纳米WC-Co复合粉的研究,重点介绍了XRD技术在纳米WC-Co复合粉制备过程中的应用,包括物相定性分析、晶粒尺寸测定及点阵参数测定等方面的应用。以可溶钴盐、偏钨酸铵(AMT)、有机碳源为主要原料,通过喷雾转化、连续低温还原碳化法制备出了纳米晶WC-Co复合粉,用XRD技术对制备过程中样品进行分析,结果表明:采用喷雾转化、连续低温还原碳化工艺可制备出仅有WC和Co两相的复合粉末,W被完全碳化,WC晶粒度约60nm,Co相为面心立方结构。     

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%。     

化学沉淀法制备超细WC-Co复合粉的研究

以钨酸铵和硝酸钴为原料,经化学沉淀后煅烧,然后在真空气氛下直接还原碳化制得超细WC-Co复合粉。考察了化学沉淀过程中料液浓度、反应温度和反应后母液的pH值等因素对所得前驱体氧化物粒度及收率的影响。用XRD和扫描电镜对所得超细WC-Co复合粉进行了分析和观察。结果表明,采用这种方法可以制取形貌规则,分散性良好的超细WC-Co复合粉,并且此法原料成本低,工艺简单,过程易控。     

微波烧结粗晶低钴YG硬质合金存在的脱碳问题及其改进

采用常规微波烧结法制备WC-Co硬质合金时,表层区域出现严重的脱碳现象,导致表层和中心区域的组织显著不同,即产生核壳结构,对合金的力学性能造成不利影响。本文作者以WC粉和Co粉为原料粉末,采用微波烧结法制备88%WC-12%Co(YG12)和94%WC-6%Co(YG6)硬质合金,在混料时添加炭黑,避免合金中脱碳相的生成。检验表明:当炭黑添加量(质量分数)接近0.2%时,YG12和YG6的抗弯强度(TRS)分别达到3 109和2 642 MPa;硬度(HRA)分别为88.7和89.8。此时,合金表面和中心区域具有一致的显微组织结构,没有发现脱碳相η(W3Co3C)。但当炭黑添加量超过0.2%时,大量析出的石墨相对合金的力学性能,尤其对硬度产生不利影响,当炭黑添加量为0.4%时,YG12和YG6的抗弯强度分别只有2 465 MPa和2 213 MPa。     

Co对原位合成WC-6Co复合粉末制备 高性能硬质合金的影响

将原位合成的WC-6Co复合粉末添加到300 L、转速50 Hz滚动球磨中湿磨，添加Co粉、晶粒长大抑制剂、石蜡、酒精，湿磨48 h，卸料、过孔径45 μm筛，采用闭式压力喷雾干燥塔制备得到WC-7Co~WC-15Co混合料粉末，对制备混合料粉末形貌、粒度分布、物相、成分进行分析，结果表明:添加Co粉配成WC-Co混合料，当混合料的Co质量分数超过10%，团聚现象明显增强，团聚颗粒明显增大；随着添加Co粉质量分数增加，混合料中氧质量分数增高，松装密度不断减小.将制备得到的WC-7Co~WC-15Co混合料掺成型剂，挤压成型，低压烧结等工序制备超细YG7X~YG15X硬质合金.研究添加不同Co质量分数WC-6Co复合粉末制备YG7X~YG15X超细硬质合金，Co对制备硬质合金的金相组织、形貌、物理力学性能的影响，结果表明:随着添加Co质量分数增加，制备的超细硬质合金硬度、密度不断降低，抗弯强度和断裂韧性先增大、后减小；制备的超细YG7X硬质合金的硬度最高HV₃₀为2 150，抗弯强度最低为3 200 MPa；制备YG10超细硬质合金的抗弯强度最高为4 950 MPa，断裂韧性最高为11.8 MPa·m1/2.      

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.     

草酸盐湿式沉淀-煅烧分解法制备四氧化三钴及其表征

以氯化钴、草酸铵为原料,吐温80(Tween-80)为表面活性剂,通过湿式沉淀法合成氧化钴的前驱体,再通过热分解制备四氧化三钴。采用扫描电镜、X射线衍射仪、热分析仪分析了钴氧化物前驱体和钴氧化物的形貌、晶体结构和热分解等特征。结果表明:以草酸盐为沉淀剂制得的钴氧化物前驱体为CoC_2O_4·2H_2O,前驱体于600℃煅烧4 h后可得到较纯的四氧化三钴粉末,并且基本保持了前驱体原来的形貌,仍为针(棒)状,粒子边缘变得光滑。     

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。     

A Novel Method for Direct Synthesis of WC-Co Nanocomposite Powder

In this study, a novel method, termed dielectric-barrier-discharge-plasma (DBDP) assisted ball milling and low-temperature carburization, was used to synthesize WC-Co nanocomposite powder. X-ray diffraction, scanning/transmission electron microscopy, and differential scanning calorimetry were used to characterize the microstructure of powders. Starting from W, Co, and graphite powder mixtures, the DBDP-milled W-C-10Co powder exhibited a flakelike morphology with very fine lamellar structure. The WC-Co composite powder was synthesized at 1273 K (1000 °C), which is much lower than the requisite temperature for the conventional carburizing method. The obtained WC-Co composite powder had a nanocomposite microstructure in which fine WC particles were bounded by homogenously distributed Co phase, and the WC crystals had a slablike morphology with a planar size of about 200 nm and <100-nm thickness. The combinational effect of the milling and the plasma in the DBDP milling caused a unique fine flakelike morphology and high-density interfaces in the W-C-10Co powder mixture, which is responsible for the reduced carburization temperature and the nanocomposite structure of WC-Co powder.     

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。