超细晶粒硬质合金的研究与应用

硬质合金是目前最重要的刀具材料之一,本文着重介绍和分析了超细品粒WC-Co硬质合金研究中的几个热点领域：超细WC粉末制备,晶粒长大控制,烧结技术以及超细品硬质合金的应用。     

超细WC-Co复合粉热压烧结制备亚微米硬质合金

以原位还原所得超细WC-6%Co复合粉为原料,研究了热压烧结制备硬质合金材料的工艺过程,并分析了材料的物理性能及力学性能。结果表明:将平均粒径约300nm的超细WC-Co复合粉在热压炉中于1 370℃烧结1.5h,可得到平均晶粒度为600nm、相对密度99%且具有良好综合力学性能的亚微米WC-Co硬质合金。     

超细WC-Co复合粉超音速热喷涂修复煤磨机齿轮轴

利用超音速热喷涂(HVOF)技术,试用自制原位反应合成的WC-Co复合粉来修复大型煤磨机齿轮轴,并对热喷涂层的显微结构、物相组成和力学性能进行了表征.实验表明,超细WC-Co复合粉经超音速热喷涂制备的涂层可与齿轮轴基体结合牢固,显微组织致密,且经高温过程形成脱碳相的含量较低,表面硬度和耐磨性显著提高,能有效修复煤磨机齿轮轴的过量磨损,延长设备服役期,经济效益显著.     

化学镀法制备超细Ag-SnO2粉末的烧结

采用在1μm粒径的超细SnO2粉末化学镀银的方法,制备了超细Ag-SnO2复合粉末.通过压制成形、烧结等粉末冶金工艺,对粉末进行烧结试验,结果发现试样表面存在鼓泡现象.文章分析了鼓泡的成因,并采用降低成形压力及粉末煅烧处理等手段消除鼓泡现象.热重分析结果及烧结后的金相组织分析结果表明较低的成形压力可以改善鼓泡现象,但要从根本上消除鼓泡现象则必须对粉末进行高于450℃的煅烧处理.所得Ag-SnO2材料中SnO2颗粒分布均匀,电阻率、密度、硬度分别为2.25μΩcm、9.85 gcm-3和98 HB.     

WC-Co硬质合金烧结过程中的晶粒长大现象研究

在分析晶粒长大机理的基础上，指出在WC—Co硬质合金烧结过程中，WC晶粒的长大为正常长大和异常长大这两种方式并存，且在烧结早期WC晶粒就开始长大，并提出了可抑制WC晶粒长大的具体措施。     

超细/纳米硬质合金及晶粒长大抑制剂的研究

超细／纳米WC-Co硬质合金由于其优越的性能而获得更加广泛的应用,从而成为近年来各国政府研究学者及厂矿企业十分关注的热门话题。本文综述了国内外在超细／纳米硬质合金及晶粒长大抑制剂方面的研究进展。重点介绍了超细／纳米WC-Co复合粉末的制备技术和新的烧结工艺以及晶粒长大抑制剂的种类、添加方式和作用机理。     

氕处理法制备细晶粒、超细晶粒钛合金及其机械性能研究

α β型Ti-6Al-4V板材在压力为0．1MPa的氢气氛下，经氕处理，可使卢相含量增大。合金晶粒直径减小，吸氕量(质量分数)为0．5％的合金在973K温度下解吸，其晶粒直经由原来的20μm减小到1～3μm；随着解吸温度降至873K，其晶粒直径减小至0．3～0．5μm，从而得到了细晶及超细晶钛合金。测试结果表明，合金的超塑性延伸率等机械性能随着合金晶粒粒径的减小而提高。     

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。     

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。     

纳米晶WC-10Co复合粉末烧结行为的研究

本文研究了机械合金化制备的纳米晶WC 10Co复合粉末的真空烧结特征 ,分析了孔隙度、显微硬度随绕结时间延长和烧结温度升高的变化规律 ,考察了一种新型抑制剂的作用。结果表明 :在 132 5℃ / 15min的烧结条件下 ,样品的相对密度达到了 98%以上 ;烧结样品的显微硬度随着烧结时间的延长和烧结温度的升高先增加后降低 ,并且在 132 5℃ / 15min的条件下其硬度为 2 2 95MPa ;新型抑制剂A既有利于晶粒长大的控制 ,同时又有利于材料致密化的进行 ,显著地提高了合金的性能。     

超音速火焰喷涂WC-12Co涂层的滑动磨损特性

利用超音速火焰喷涂工艺在铜基复合材料表面制备WC-12Co涂层.分析了涂层的微观结构、相组成和含量以及表面和截面硬度,并对涂层的摩擦磨损性能进行测试.结果表明：涂层组织和截面硬度分布均匀,耐磨性好,摩擦过程中会形成两种摩擦膜.磨损率随载荷增加而呈增大趋势,随转速的增加呈先减小后增大的趋势.涂层最适用的环境为300~500 r·min^-1和2~3 N,磨损率与滑动速度间的回归方程满足一元二次函数;磨损率与载荷间的回归方程满足指数方程.     

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。     

粉末的物理性能对热喷涂涂层的影响

在SUS316L不锈钢基体上,采用HVOF和DGS两种不同的工艺方法,分别喷涂WC-12Co和FeAl涂层,观察WC-12Co和FeAl粉末的颗粒形貌、粒度组成以及DTA,研究它们对热喷涂涂层质量的影响.通过表面粗糙度、显微硬度、形貌相以及X射线衍射谱等分析表明,球化程度高,颗粒大小均匀的粉末可使涂层的组织均匀,致密性好,结合强度高.采用HVOF方法喷涂WC-12Co涂层的质量最好,而采用DGS工艺喷涂FeAl涂层的工艺参数还有待于进一步优化.     

电化学方法回收废旧电路板制备高纯超细铜粉

采用电化学方法回收废旧电路板中的铜,以十二烷基硫酸钠(SDS)和吐温-80(Tween-80)为添加剂,制备高纯超细铜粉,通过四因素(电流密度、温度、SDS质量浓度和Tw-80浓度)三水平的正交实验优化工艺条件。采用等离子发射光谱分析仪、扫描电镜、X射线衍射和傅立叶红外光谱分析等对铜粉的形貌与结构进行观察与分析,并对铜粉的抗氧化性能进行测试。结果表明,最优工艺条件为:在p H值为0.5,温度为20℃的点解液中,脉冲占空比0.8、周期10 ms,电流密度100 m A/cm~2,电解液中SDS的质量浓度为2 g/L,Tween-80的体积分数为2%。制备的铜粉纯度为99.92%、平均粒度为4.9μm,其微观形貌为紧密堆积的圆形颗粒,平均晶粒尺寸为33 nm,抗氧化性能良好,接近400℃温度下才开始氧化。     

利用反应热处理制备纳米晶WC-10Co复合粉末

对反应热处理技术(即高能球磨+热处理)合成纳米晶WC-10Co复合粉末的工艺进行了研究。DTA分析结果表明:以W,Co粉和碳黑为原料的混合物经过一定的活化处理后,碳化钨可在572℃左右形成;通过改变反应热处理时间和温度,合成的纳米碳化钨晶粒尺寸在9～42nm之间变化。反应热处理技术是合成纳米晶WC-Co复合粉末的行之有效的方法。     

NiCr过渡层对高速火焰喷涂WC-Co涂层摩擦磨损性能及疲劳磨损性能的影响

WC-Co涂层作为一种性能优异的涂层,逐渐被应用于轧辊的表面防护,目前大量实验研究的有热喷涂、激光熔覆制备WC-Co涂层。本文提出用高速火焰喷涂(HVOF)在常用轧辊材料Q235钢表面制备WC-Co涂层,同时在WC-Co涂层和基体之间加入NiCr过渡层。利用SEM、XRD、摩擦磨损测试、疲劳磨损测试等测试方法,对涂层形貌结构以及各项性能与无过渡层涂层进行对比研究。结果表明,加入NiCr过渡层后,WC-12Co+NiCr、WC-10Co-4Cr+NiCr涂层硬度分别为1059.64 HV_0.3、1016.96 HV_0.3,比WC-12Co涂层(960.01 HV_0.3)、WC-10Co-4Cr涂层(1012.20 HV_0.3)更高。WC-12Co+NiCr涂层的磨损率(5.19×10^-15 m³·(N·m)^-1)远低于WC-12Co涂层(6.59×10^-15 m³·(N·m)^-1     

连铸机拉矫辊等离子喷涂WC-20Cr-7Ni涂层性能

连铸机拉矫辊作为连铸机的重要组件,工作环境恶劣、磨损严重。为了降低连铸机拉矫辊工作过程中的辊面磨损,利用等离子喷涂技术在拉矫辊及H13钢板表面制备了厚度为0.2mm的WC-20Cr-7Ni涂层。通过水淬热冲击及轧制试验探究了WC-20Cr-7Ni涂层的抗热冲击性能及耐磨性,并对热冲击前后试样进行了金相分析及硬度测试。结果表明,WC-20Cr-7Ni涂层孔隙率较低,并具有较高的耐磨性及优异的抗热冲击性能,可以有效提升连铸机拉矫辊的使用寿命。     

热喷涂Fe基非晶合金涂层的微观结构与摩擦磨损行为

分别采用超音速火焰喷涂工艺和爆炸喷涂工艺,在Q235不锈钢基体上制备Fe基非晶合金涂层,对比研究这2种非晶合金涂层在室温下的干摩擦磨损特性,并探讨摩擦磨损机理.结果表明,与超音速火焰喷涂工艺制备的Fe基非晶合金涂层相比,采用爆炸喷涂工艺制备的涂层更致密,孔隙率为2.1％,显微硬度更高,平均硬度高达1 095.6 HV,且耐磨性更好;并且涂层摩擦因数增至稳定值的时间较短,具有更稳定的摩擦磨损行为.超音速火焰喷涂涂层的磨损形式主要以疲劳磨损为主,而爆炸喷涂涂层的磨损形式为粘着磨损和磨粒磨损的综合作用,并以粘着磨损为主.     

超细及纳米WC-Co复合粉的低成本短流程制备及应用

综述了在超细及纳米WC-Co粉末的制备研究方面国内外的相关研究进展,系统介绍了北京工业大学硬质合金研究组在研究开发超细及纳米WC-Co复合粉的原位反应合成技术、超细及纳米复合粉在金属陶瓷防护涂层及烧结硬质合金块体材料中的应用等方面开展的系列工作和取得的研究结果。以合成的WC-Co复合粉为原料,制备的超细结构硬质合金涂层、超细晶及纳米晶硬质合金块体材料均具有优良的综合性能。