热压工艺参数对WC-Cu基胎体力学性能的影响

在深部钻探中，WC-Cu基金刚石钻头胎体被广泛使用。为了提高钻头使用性能，在同一胎体配方下，采用正交试验方案对热压参数进行设计，并烧制试样进行抗弯强度和显微硬度测试。通过方差和极差分析不同烧结温度(A)、烧结压力(B)、保温时间(C)、冷却方式(D)对金刚石钻头胎体力学性能的影响。试验结果表明:对纯胎体和含金刚石胎体抗弯强度影响的顺序为A>D>B>C；对胎体维氏硬度影响的顺序是A>C>B>D。本次正交试验中的最优理论烧结参数为A₃B₃C₁D₄，即烧结温度为960 ℃、烧结压力为16 MPa、保温时间为3 min、冷却方式为400 ℃保温炉冷。此时，与理论参数最接近的工艺试验结果为:纯胎体抗弯强度为983.33 MPa、硬度为437.40 HV，金刚石胎体试样抗弯强度为525.00 MPa。      

胶体石墨对低温金属树脂复合结合剂性能的影响

在铝基金属树脂复合结合剂中添加质量分数为0～0.4%的微量胶体石墨，研究复合结合剂的强度、硬度、微观组织及其反应结合机理。结果表明:在烧结温度为360 ℃，保温时间为5 min，保温压力为2 100 N/cm2条件下，随着胶体石墨质量分数增加，复合结合剂的密度先下降再上升随后又下降; 硬度、强度和弹性模量都是先上升再下降。在胶体石墨添加质量分数为0.2%时，复合结合剂的硬度和强度达最大值，分别为61.5 HRB和250 MPa，且复合结合剂的密度和弹性模量适中。微量胶体石墨可以和复合结合剂中的Al生成少量Al₄C₃，促进三维交叉网状结构形成，提高低温金属树脂复合结合剂性能。      

感应加热金刚石/镍基复合涂层微观组织与性能

采用感应加热的方式,在65Mn钢基体表面制备了金刚石质量分数为10%的复合镍基涂层,利用SEM、EPMA、XRD对钎涂接头的微观组织和相组成进行了分析,研究了感应钎涂中金刚石/钎料界面的元素扩散机制和形成机制。并利用干砂橡胶轮磨损试验机测试了涂层的耐磨性能,分析了金刚石/镍基涂层的耐磨增强机制。结果表明,钎涂层中钎料合金物相主要为Ni₄B₃、(Ni,Fe)固溶体、Ni₃Si₂、CrB;金刚石与钎料合金发生了冶金反应,金刚石/钎料合金界面的C元素分布促使金刚石表面出现了双层碳化物结构,分别为金刚石侧的Cr₃C₂和在Cr₃C₂表面生长的Cr₇C₃。金刚石复合涂层的耐磨性能显著优于钢基体,涂层60min磨损失重仅0.25g,为钢对比试样磨损失重的1/12,金刚石在磨损过程中起到了阻挡犁沟扩展的作用,涂层的失效机制为镍基合金磨损和金刚石的脱落。     

Y2O3对铁基金刚石工具性能的影响

采用正交试验方法研究热压压力、烧结温度和Y₂O₃含量等3个因素对铁基胎体硬度、致密度、抗弯强度和断口微观形貌等的影响,并获得较优的烧结工艺参数。在此基础上,制备含Y₂O₃的铁基金刚石工具,并对其断口形貌、耐磨性和锋利度等进行检测及分析。结果表明:含Y₂O₃的铁基结合剂胎体,其相对密度和硬度的影响因素次序为Y₂O₃含量＞烧结温度＞热压压力,抗弯强度的影响因素次序为烧结温度＞Y₂O₃含量＞热压压力;且Y₂O₃能促进铁基金刚石胎体组织的致密化,降低其烧结温度。在烧结温度为780 ℃、热压压力为51 kN的较优烧结工艺下,适量的Y₂O₃能使金刚石工具的孔隙率减小、黏结状况改善,并增强黏结剂对金刚石磨粒的把持能力。      

铸铁短纤维结合剂金刚石圆锯片的研制

在研究成型、烧结工艺参数对铸铁短纤维烧结性能影响的基础上,研制新型金刚石锯片——铸铁短纤维结合剂金刚石圆锯片。在250 MPa,940℃条件下热压烧结10 min后,获得的金刚石锯片其刀头具有较高的密度(6.92 g/cm3)、强度和硬度,胎体对金刚石有较高的把持力,切削锋利,使用寿命偏短。制造铸铁短纤维结合剂金刚石工具,热压成形低温烧结工艺要优于冷压成形高温烧结工艺。     

基于Bi2O3-B2O3体系的陶瓷结合剂金刚石砂轮制备及其对单晶硅的磨削性能

针对陶瓷结合剂烧结温度高的问题，提出一种基于Bi₂O₃-B₂O₃的新型低温陶瓷结合剂。分析添加纳米SiC和纳米ZrO₂对结合剂物相组成、流动性和力学性能的影响，并探索添加核桃壳粉造孔剂对金刚石砂轮微观形貌的影响；制备基于Bi₂O₃-B₂O₃体系的陶瓷结合剂金刚石杯形砂轮，测试其对单晶硅晶圆片的磨削性能。结果表明：添加纳米SiC会导致陶瓷结合剂中出现一定量的Bi单质，破坏结合剂的[BiO₄]玻璃网络；添加纳米SiC及纳米ZrO₂后，结合剂的流动性降低；随烧结温度上升，结合剂的流动性、抗弯强度和硬度有增大的趋势，在560℃烧结时结合剂的抗弯强度和硬度达到最大。随着造孔剂含量的增大，砂轮中大气孔的数量显著增多、尺寸显著增大。在砂轮线速度为12.56 m/s，工件转速为5.23 m/s，进给速度为0.1μm/s条件下，使用以M10/20金刚石(粒度号为80...     

不同结合剂原料放电等离子烧结制备TiC/Ti3SiC2复合结合剂金刚石复合材料

分别以Ti/Si/2TiC混合粉体和Ti₃SiC₂单相粉体作为结合剂原料，采用放电等离子体烧结技术合成了TiC/Ti₃SiC₂结合剂金刚石复合材料，探讨不同的结合剂原料和保温时间对TiC/Ti₃SiC₂结合剂金刚石复合材料的物相构成、微观形貌以及磨削性能的影响。结果表明:采用Ti/Si/2TiC为结合剂原料，保温1 min时，会形成较多量的Ti₃SiC₂，Ti₃SiC₂基体与金刚石结合良好，二者之间没有孔隙；当保温5 min时，Ti₃SiC₂发生分解，基体主相转变为TiC，同时有一定量的Si，金刚石表面被侵蚀，形成凹凸不平的表面。采用Ti₃SiC₂为结合剂原料时，Ti₃SiC₂基体发生严重的分解，生成TiC和Si；金刚石与基体间存在一个过渡层，厚度约15 μm。Ti/Si/2TiC为结合剂原料保温1 min时试样的磨耗比值最大，为1 128。单相Ti₃SiC₂为结合剂的2个试样的磨耗比值约为100左右。      

预合金粉结合剂真空无压烧结制备金刚石工具

以Fe₄₀Cu₄₀Co₂₀和Cu₈₀Sn₂₀预合金粉为结合剂,采用真空无压烧结制备金属胎体样品,并与相同烧结工艺下的金属单质粉结合剂烧结样品进行对比。用扫描电子显微镜、洛氏硬度计、阿基米德排水法对所得样品的微观形貌、硬度和相对致密度进行对比分析。研究发现:随温度升高,两类样品的致密度和硬度均先增大后减小;当烧结温度达到860℃时,致密度和硬度均达到最大值。预合金粉在860℃下烧结所得样品的相对致密度比同条件下烧结的金属单质粉样品的提高5%,硬度提高HRB 7 MPa。因此,在达到同等级性能的前提下,预合金粉真空烧结所得样品的烧结温度更低,可有效避免在高温条件下金刚石的强度和质量损失。      

烧结压力对低液相Fe基预合金钻头胎体性能的影响

在烧结温度为950℃、保温时间为5 min及不同烧结压力条件下开展热压烧结试验，对比研究烧结压力对3种低液相Fe基预合金钻头胎体和1种传统Fe基钻头胎体性能的影响，具体包括胎体压入硬度、抗弯强度、致密度和金刚石包镶强度等力学性能，以及金刚石的热损伤情况和钻头胎体的微观组织结构与形貌特征等。结果表明：随着烧结压力增大，低液相空白胎体的压入硬度、抗弯强度和致密度逐渐增大，而传统Fe基空白胎体的压入硬度和抗弯强度呈现先增大后减小的趋势，其致密度为增大趋势；对于含金刚石的胎体，低液相与传统Fe基胎体抗弯强度均随烧结压力增大而增大，当烧结压力为20 MPa时，继续增大压力，低液相含金刚石胎体的抗弯强度趋于稳定，而传统Fe基含金刚石胎体的抗弯强度略有下降。同时，随着烧结压力的增大，低液相胎体的均一性明显增强，但金刚石的热损伤加剧。综合胎体的力学性能与断口形貌特征，优选的烧结压力为20 MPa，此时的低液相Fe基预合金胎体硬度、抗弯强度可满足孕镶金刚石钻头需要。     

新型多孔金属结合剂胎体的研制

本文采用正交设计和方差分析的方法,对新型铝青铜结合剂配方和烧结温度进行优化.试验比较新、旧造孔剂在新型铝青铜结合剂和传统的锡青铜结合剂中的造孔效果以及对胎体力学性能的影响.结果表明:随着烧结温度、铝含量以及Fe含量的提高,铝青铜胎体的抗弯强度、硬度和耐磨性均提高.当铝青铜胎体中的Al含量为8％、Fe含量为3％,TiH2...     

Properties and microstructure of VC/Cr3C2-doped WC/Co cemented carbides

This paper deals with the effects of codoped VC/Cr3C2 and sintering temperature on the magnetic and mechanical properties of ultra-fine grained WC-12%Co alloys. Results show that the synergistic action of doped VC/Cr3C2 in optimal proportion enhances both the hardness and transverse rupture strength (TRS) of the alloys, with more homogeneous microstructure. When the alloy is sintered at 1430℃ and with 0.5% Cr3C2/0.2% VC, the TRS reaches 3786 MPa, the hardness is 91.7 HRA and the grain size srnaller than 0.6 μm. The numerical analyses on grain growth during the sintering process show that both VC precipitating on the WC grain boundary and Cr3C2 dissolving in the Co phase decrease the solid/liquid interfacial energy γ, the process of dissolution and reprecipitation is greatly retarded and the coarsening of WC grains is inhibited.     

磷对铜基金刚石工具胎体性能的影响

以铜、银、锡、锌、磷等为原料,采用热压快速烧结工艺制备铜基金刚石工具。研究磷对铜基结合剂抗弯强度、洛氏硬度和冲击韧性的影响;采用X衍射、扫描电镜分析结合剂的组织结构及其对金刚石的包镶能力。结果表明:磷能促进铜基结合剂的烧结,降低烧结温度,样品在400~460℃即可达到完全烧结;当烧结温度为420℃、磷含量(质量分数)为6%时,结合剂洛氏硬度达到90.4HRB,抗弯强度达到966.04MPa,综合性能最佳;加入金刚石粒度为30/35,浓度为100%时,其抗弯强度达到425.70MPa。     

P-G法制备纳米金刚石低温陶瓷结合剂复合烧结体

使用高分子网络凝胶法（polyacrylamide-gel method,简称P-G法）制备纳米金刚石（nano-diamond,ND）-低温陶瓷结合剂复合烧结体,并设计4种不同金刚石添加量来制备试样条,然后考察二氧化硅包覆纳米金刚石（ND@SiO₂）在陶瓷结合剂中分散的均匀性,并对比分析试样的物相、抗弯强度和显气孔率。实验结果表明:利用P-G法制备的试样中的金刚石浓度从25%增加到100%时,ND@SiO₂在凝胶体中分散均匀,无明显团聚现象;其烧结温度范围为670~720℃,抗折强度达到66.4~87.6 MPa,气孔率为10.2%~22.4%。      

TiH2对Cu60Zn40合金结合剂结构和性能的影响

以Cu60Zn40合金粉末为原料,加入TiH₂,研究TiH₂的体积分数与烧结温度对Cu60Zn40结合剂力学性能与微观结构的影响。结果表明:TiH₂起到活化烧结作用,可以提高Cu60Zn40的力学性能。当烧结温度为680 ℃,TiH₂的体积分数从0增大到10%时,抗弯曲强度从225 MPa提高到445 MPa,抗冲击强度从28.3 kJ/m2提高到54.3 kJ/m2。当烧结温度为560 ℃,TiH₂体积分数从0增大到5%时,硬度由46 HRB提高到88 HRB。气孔率随着TiH₂体积分数的增大而增大,当TiH₂体积分数为20%时,气孔率为6.2%。TiH₂的加入可以提高Cu60Zn40结合剂金刚石磨具磨削性能。当TiH₂体积分数从0增大到10%时,磨耗比由28.50提高到61.67,同时减少工件表面烧伤。      

还原气氛热压烧结技术及其节能减排效益的研究

采用还原气氛带压的钟罩炉烧结(以下简称还原热压烧结)和传统热压烧结两种方式制备金属结合剂试样条和金刚石节块,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、硬度计、电子万能试验机、磨耗比测定仪和氮/氧分析仪等手段,研究两种烧结技术制备的金属结合剂试样条和金刚石节块的微观组织与宏观性能。结果表明,利用两种不同的烧结方式制备的金属结合剂试样条在微观上表现物相结构相同,低熔点Cu-Zn合金组份没与高熔点Fe-Ni合金组份产生冶金结合;在宏观上还原热压烧结制备的金属结合剂试样条的硬度略低于传统热压烧结的,而其抗弯强度和耐磨性均较优。与传统热压烧结工艺相比,还原热压烧结技术在低温低压下既可提高结合剂对金刚石的把持力,又可降低金刚石的热腐蚀。此外,利用还原热压烧结技术能大大降低成本和减少废气的排放。在实际产品应用中,利用还原热压烧结技术制备的φ350 mm金刚石锯片深受国内外客户的好评。     

Microstructure and mechanical properties of mechanically alloyed and spark plasma sintered amorphous–nanocrystalline Al65Cu20Ti15 intermetallic matrix composite reinforced with TiO2 nanoparticles

Multiphase Al₆₅Cu₂₀Ti₁₅ intermetallic alloy matrix composite, dispersed with 10 wt.% of TiO₂ nanoparticles, has been processed by mechanical alloying, followed by spark plasma sintering under pressure in the temperature range of 623–873 K. Differential scanning calorimetry and X-ray diffraction suggest that equilibrium crystalline phases evolve from the amorphous or intermediate crystalline phases. Transmission electron microscopy shows that the composite sintered at 873 K has partially amorphous microstructure, with dispersion of equilibrium, crystalline, intermetallic precipitates of Al₅CuTi₂, Al₃Ti, and Al₂Cu of 25–50 nm size, besides the TiO₂. The composite sintered at 873 K exhibits little porosity, hardness of 5.6 GPa, indentation fracture toughness in the range of 3.1–4.2 MPa√m, and compressive strength of 1.1 GPa. Indentation crack deflection by TiO₂ particle aggregates causes increase in fracture resistance with crack length, and suggests R-curve type behaviour. The study provides guidelines for processing high strength amorphous–nanocrystalline intermetallic composites based on the Al–Cu–Ti ternary system.     

微波烧结制备MAX相–金刚石复合材料

采用三元层状导电可加工陶瓷M_n+1AX_n（简称MAX相）材料粉体和金刚石粉体为原料,通过微波烧结制备以MAX相为结合剂的金刚石复合材料,研究MAX相的种类与金刚石含量对该复合材料的物相组成与显微形貌的影响。通过高温微波烧结MAX相-金刚石复合材料,金刚石表面会形成不同的涂层组织。MAX相的种类与金刚石含量对复合材料中基体组成和金刚石的表面涂层状态有显著影响。实验结果表明:在Ti₂SnC-金刚石复合材料中,烧结后Ti₂SnC会发生严重的分解,分解生成Sn与TiC,在含量较低时,表面仍然光滑,金刚石表面黏附少量富锡圆形组织;当金刚石含量较高时,金刚石表面形成许多细小TiC颗粒。在Ti₃AlC₂-金刚石复合材料中,Ti₃AlC₂分解后生成Al与TiC,金刚石的表面受到明显的侵蚀,同时在表面形成Al₄C₃和Al₂O₃二元组织。对于Ti₃SiC₂-金刚石反应体系,基体主相均为Ti₃SiC₂。当金刚石质量分数为10%时,同时还含有少量Si、TiSi₂和SiC;当金刚石质量分数为20%时,基体中还含有少量TiC,金刚石表面形成了SiC和TiSi₂二元涂层组织。      

高饱和磁感Fe82Si3.8B13.9C0.3非晶铁芯的退火及浸漆工艺

研究了不同磁场退火和浸漆固化工艺对Fe₈₂Si_3.8B_13.9C_0.3非晶合金环形铁芯损耗和磁性能的影响,并与1K101合金铁芯进行了对比。结果表明:与1K101合金相比,Fe₈₂Si_3.8B_13.9C_0.3合金铁芯的最佳退火温度低于1K101合金,其中纵磁退火时达到最低,为330 ℃。纵磁退火Fe₈₂Si_3.8B_13.9C_0.3合金铁芯有着更高的饱和磁感应强度,B_{3500 A/m}=1.611 T。经350 ℃无磁场退火处理后,Fe₈₂Si_3.8B_13.9C_0.3合金铁芯的损耗P_{50 Hz, 1.4 T}=0.360 W/kg,稍高于1K101合金;经330 ℃纵磁退火处理后,Fe₈₂Si_3.8B_13.9C_0.3合金铁芯的损耗P_{50 Hz, 1.4 T}=0.257 W/kg,也高于1K101合金;经350 ℃横磁退火处理后损耗P_{50 Hz, 1.4 T}=0.163 W/kg,低于1K101合金。纵磁退火Fe₈₂Si_3.8B_13.9C_0.3合金铁芯经浸漆固化处理后,磁通密度B_{800 A/m}=1.341 T,比纵磁退火1K101合金浸漆固化铁芯高15%;纵磁退火且浸漆的Fe₈₂Si_3.8B_13.9C_0.3合金铁芯损耗低于1K101合金浸漆铁芯,且随着频率升高优势更加明显;当频率大于1000 Hz时,纵磁退火且浸漆的Fe₈₂Si_3.8B_13.9C_0.3合金铁芯的损耗值低于未浸漆铁芯。