喷雾干燥-直接碳化法制备WC-Co复合粉末

在高性能WC-Co的制备中,WC与Co均匀混合和C含量的严格控制具有重要意义。以偏钨酸铵、乙酸钴、重铬酸铵和炭黑为原料,通过喷雾干燥和直接还原碳化法制备WC-Co复合粉末,然后在钼丝炉中通入氢气对前驱体进行还原碳化制备WC-Co复合粉末。对制备好的WC-Co进行总碳含量测定,用X射线衍射进行相分析。研究了喷雾法制备WC复合粉末形貌粒度及碳化温度、碳化时间、配碳量对WC-Co粉末总碳量的影响。结果表明:WC复合粉末为球形粉末,平均颗粒度为50μm;当碳化温度在950℃、碳化时间为3.5h、配碳量为9%时,所得WC-Co复合粉末中WC与Co达到均匀的分布,且其实际总碳含量达到理论总碳量5.79%。     

不同钨源原料制备WC-Co复合粉的形貌研究

以WC-6%Co为基本成分,计算原料醋酸钴,超纯炭黑、有机碳分别与WO2.72,WO3,APT,AMT配料量,称量后加入装有适量纯水的可倾斜式滚动球磨机,湿磨混匀形成料浆,然后充分搅拌料浆进行喷雾干燥,将喷雾干燥的前驱体粉末煅烧、过筛,称量装舟,推入1 100℃通有氢气的高温钼丝炉中制备出WC-6Co复合粉末.结果表明:以WO2.72为原料制备WC-6Co复合粉,粉末粒度在1~45μm,平均粒度为23.38μm;以WO3为原料制备粉末粒度在8~35μm,平均粒度为22.58μm;以APT为原料制备粉末粒度在1~34μm,平均粒度为12.81μm;以AMT为原料制备粉末粒度在3~45μm,平均粒度为17.83μm;粉末球形度由好到差顺序为:WO3、WO2.72、AMT、APT;松装密度由大到小顺序为:WO3、WO2.72、APT、AMT;流动性由好到差顺序为:WO2.72、WO3、APT、AMT;通过测量粉末BET,换算对应WO2.72、WO3、APT和AMT为原料时制备粉末的WC晶粒度分别为400 nm、252 nm、255 nm和26 nm.     

η相粉末的加入对WC-10Co硬质合金组织与性能的影响

通过向WC-10Co混合粉末中加入2%和4%质量分数的η相粉末和等摩尔量的炭黑,经过传统的粉末冶金工艺制备含板状WC晶粒的硬质合金,研究η相碳化反应过程以及η相粉末加入量、η相粉末在基体中球磨时间对合金组织与性能的影响。结果表明:加入少量的η相粉末及等摩尔量的工业炭黑后,WC-10Co中的WC晶粒出现了明显的板状特征,随η相粉末加入量增多,板状WC晶粒数量增多;在总球磨时间不变的前提下,随η相粉末在基体中球磨时间增加,板状WC晶粒的分布越来越均匀。所得到的板状WC晶粒是η相在950~1 200℃之间与WC-Co基体中扩散来的C原子碳化反应后生成不同形貌的WC孪晶得来的,且碳化速度是影响WC孪晶形貌的关键因素。相对于相同Co含量的传统硬质合金,板状WC晶粒均匀分布的硬质合金密度基本保持不变,硬度提高0.7%,强度提高6%,断裂韧性提高17%。     

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。     

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。     

连续还原碳化法制备纳米WC-Co复合粉研究

传统方法制备超细WC-Co混合料工艺过程复杂,制备的粉末成分及粒度分布不均匀,晶粒较粗,生产成本高.本研究采用连续还原碳化法,以偏钨酸铵、醋酸钴、热解碳源等为原料,在喷雾干燥、连续还原碳化系统中进行实验,对短流程制备工艺进行了探讨.通过喷雾结晶、低温还原碳化制备出纳米级WC-Co复合粉.研究结果表明：在900℃温度下,碳化反应完全,制得的WC-Co复合粉晶粒度小于100 nm.连续还原碳化法制备粉末的工艺流程短,易于实现产业化.     

碳化钒对超细WC粒度和物相的影响

为了研究在超细WC粉的制备过程中,碳化钒(VC)添加对超细碳化钨(WC)粉末粒度和相形成的影响,对不同VC添加量和不同碳化温度下制备的超细WC粉末的粒度、相成分和微观形貌进行了分析。研究结果表明:在1 400℃碳化时,当碳化钒的添加量由0%增加到10%时,WC的BET粒度由0.274μm降到0.159μm,WC粉末单颗粒粒度在逐渐减小,WC粉末颗粒的聚集程度增加。随着碳化钒的添加量的增加,碳化钒相衍射峰强度增大,WC的衍射强度降低。此外,碳化温度提高到1 600℃时,WC粉末的BET粒度增大,VC晶粒结晶更完整。     

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。     

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。     

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。     

钨粉和碳黑粉粒度对超细WC粉质量的影响

本文采用不同粒度的超细钨粉 (费氏粒度 :0 38、0 41、0 43、0 80、3 6 0、4 5 0、4 5 0 μm)与多种不同粒度的碳黑粉 (费氏粒度 :0 1、0 3、0 5、0 8、4 3、5 3μm)混合 ,在常规碳化工艺 (W +C =WC)条件下 ,( 830～ 1 5 6 0℃ )较宽碳化温度区间内 ,研究了钨粉粒度、碳黑粉粒度对所制备的WC粉的化合碳含量、粒度的影响。在试验中通过化学分析法 ,XRD分析测定WC粉的化合碳、游离碳含量及产物的物相组成 ,并用BET和费氏法测量WC粉的粒度。结果表明 :当采用超细碳黑 (粒度≤ 0 1 μm)时 ,随着W粉粒度变粗 (费氏粒度 0 38～ 4 5 μm)所得WC粉粒度由 0 5 7μm增大到 4 75 μm。碳黑粉粒度对WC粉粒度没有明显影响 ,但碳黑粉粒度对碳化温度、WC粉的化合碳含量、物相组成 ,即WC粉的整体质量影响大     

粗细晶WC基体对WC-Co非均匀结构显微组织形成的影响

本文研究了粗晶WC基体与细晶WC基体对WC-8Co合金的非均匀结构组织形成的影响。结果表明,粗晶WC为基体,细晶WC添加量35%以上时,形成粗、细WC晶粒尺寸分别为7.0～8.0μm、2.0～2.5μm的非均匀结构显微组织。细晶WC为基体,粗晶WC添加量为45%时,形成粗、细WC晶粒尺寸分别为6.0～7.0μm、0.4～0.5μm的非均匀结构显微组织。在合适的工艺参数条件下,可获得粗、细晶分别为8.0～9.0μm、2.0～3.0μm的非均匀结构的合金组织。     

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%。     

The Corrosion and Wear Performance of Microcrystalline WC-10Co-4Cr and Near-Nanocrystalline WC-17Co High Velocity Oxy-Fuel Sprayed Coatings on Steel Substrate

The study of near-nanocrystalline cermet composite coating was performed by depositing near-nanocrystalline WC-17Co powder using the high velocity oxy-fuel spraying technique. The WC-17Co powder consists of a core with an engineered near-nano-scale WC dispersion with a mean grain size 427 nm. The powder particle contains 6 wt pct of the ductile phase Co matrix mixed into the core to ensure that the reinforcing ceramic phase WC material is discontinuous to limit debridement during wear, while the remainder of the binding phase (11 wt pct) is applied as a coating on the powder particle to improve the ductility. The tribological properties of the coating, in terms of corrosion resistance, microhardness, and sliding abrasive wear, were studied and compared with those of an industrially standard microcrystalline WC-10Co-4Cr coating with a WC mean grain size 3 μm. Results indicated that the WC-17Co coating had superior wear and corrosion resistance compared to the WC-10Co-4Cr coating. The engineered WC-17Co powder with a duplex Co layer had prevented significant decarburization of the WC dispersion in the coating, thereby reducing the intersplat microporosity necessary for initiating microgalvanic cells. The improved wear resistance was attributed to the higher hardness value of the near-nanocrystalline WC-17Co coating.     

纯钼骨架熔渗Mo-Cu合金工艺研究

研究了利用纯钼骨架熔渗法制备Mo70Cu30、Mo60Cu40(质量分数)合金的相关工艺。结果表明:试验原料可选取经高温预处理及筛分后费氏粒度为5.2μm,粒度分布范围较窄及C、O含量低的纯钼粉,不添加诱导Cu粉。利用限位法压制成型的钼素坯经H2气氛在1200～1300℃预烧结出孔隙率ε(%)为33.5%、45.2%的纯钼骨架,在H2气氛熔融态Cu中经1 200～1 350℃熔渗60～120 min可制得Cu含量为31.3%、40.7%的Mo70Cu30、Mo60Cu40合金。利用纯钼骨架熔渗法制备的Mo-Cu合金相对密度可达到98%以上,微观形貌可见Mo、Cu两相均匀分布。     

高性能钼棒制备工艺研究

X射线管转轴的高性能钼棒制备是钼材加工中的一个难点,研究选用适宜的钼粉,制定合理烧结工艺,采用特殊的锻造工艺,生产出性能指标达到美国ASTM387-90标准的钼棒。结果表明:采用平均粒度2.2μm,松装密度1.14 g/cm3的钼粉压制后在氢气感应炉中1 920℃烧结3 h后,再采用加热1 200¹ 400℃,道次加工率24%1 400℃,道次加工率24%²%,总加工率74%,5次模锻的锻造工艺能获得密度为10.2 g/cm3的钼棒,再经900℃保温半小时的消应力退火,可以得到抗拉强度大于620 MPa,延伸率大于30%,组织结构均匀的高性能钼棒。     

化学共沉淀法ITO纳米粉末的制备与表征

采用化学共沉淀法来制备ITO纳米粉末,探讨了反应终点pH值（分别为7,8及9）和煅烧温度（分别为350℃,650℃,750cc及850℃）对ITO粉体性能的影响,借助TG—DSC、XRD、SEM、HRTEM、FT-IR等分析手段对粉体进行了表征。得到如下结论：在液相中加入硅酸钠,反应温度为60℃,反应终点pH值为8,老化制度为60min,煅烧制度为750℃／2h的工艺条件下,所制得的ITO纳米粉不含SnO2相,呈显著的单相结构,是一种立方结构的In2O3固溶体;粉体粒径在30—60nm之间,比表面积为34．26m^3／g,形貌为近球形,颗粒均匀,且分散性能良好,在波数840—3164cm。范围内对红外光的反射率高达66％～94％。     

超细晶WC-10Co硬质合金制备的主要影响因素

利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）以及力学性能测试分析,研究了不同粒度的WC和Co原始粉末经不同时间球磨后的微观形貌;并对球磨后的复合粉末添加不同配比的晶粒抑制剂,进行真空热压烧结制备了超细晶硬质合金,考察了不同配比的晶粒抑制剂对超细晶硬质合金组织和力学性能的影响。结果表明,使用原始细颗粒粉末,经较短时间的球磨处理就可以达到较好的细化效果;复合添加VC＋Cr3C2或VC＋TaC晶粒抑制剂对硬质合金晶粒的细化效果明显好于单一添加VC的细化效果;添加Cr3C2后WC晶粒呈近圆形,且硬质合金抗弯强度有明显提高;添加TaC后的WC晶粒呈三角形或四边形,促进了硬质合金的硬度提高。     

液相法制备碳酸钴及其结构表征

以工业生产氯化钴溶液为钴源,碳酸氢铵为沉淀剂,采用液相法制备碳酸钴。系统研究了沉淀过程碳酸氢铵用量、碳酸氢铵浓度、保温时间、陈化时间和反应温度对母液钴浓度和钴沉淀率的影响,得到优化沉淀工艺条件:碳酸氢铵单耗3.173g/g、碳酸氢铵浓度250g/L、保温时间10min、陈化时间30min、反应温度33℃,在优化条件下,母液钴浓度为0.045g/L,钴沉淀率达99.92%。碳酸钴粒度分布均匀且范围窄,D50=1.428-1.488μm,形貌为小颗粒球形团聚体,物相纯度高。     

正交试验在纳米碳化钨制备工艺中的应用

用正交试验法研究了纳米碳化钨粉末制备过程中不同炭源、碳化温度和碳化时间对产品物相及晶粒度的影响。通过正交试验优化出较佳的碳化工艺:即有机炭在碳化温度和碳化时间分别为1100℃、2h的条件下进行碳化。