Fabrication of ultrafine grain WC alloys by spark plasma sintering

1IntroductionRecently,owingtothe rapid development of manufacturing,the ultrafine grain or nanocrystalline WC-base cemented carbides with high hardness,high toughness and sound anticorrosion have been studied ex-tensively[1,2].By far,it is still not reported that bulk cemented carbides with the grain size of less than100nmand with high integrated performances have been fabricated,though the WC-base composite pow-ders with average grain size of about25nm have been prepared successfully[3,4].T…     

Fabrication of ultrafine grain WC alloys by spark plasma sintering

Ultrafine grain WC a lloys were prepared by high energy ball milling and subsequent spark plasma sintering from elemental mixed powders of nominal composition of WC-6Co-1.5Al(,, mass fraction). The influences of spark plasma sintering parameters on the density, hardness, bend strength and microstructure of sintered WC alloys were also investigated. The results show that there existed a proper time combination of pulse current and constant current employed for sintering. When the peak, base, frequency and occupational ratio of pulse current, constant current, total sintering time and sintering pressure were chosen as 3000 A, 360 A, 50 Hz, 50,, 1500 A, 6 min and 30 MPa, respectively, the optimal sintering was a combination application of 1min pulse-current and subsequent 5 min constant-current. The density, hardness and bend strength of the as sintered alloys could get up to 14. 224 g/cm3 , HRA94 and 1660 MPa, respectively, and the average grain size of WC was only about 500 nm.     

金属注射成形水气联合雾化316不锈钢性能的研究

通过对水雾化、水气联合雾化和气雾化316不锈钢粉末喂料的流动性及其烧结性能进行研究,探讨了水气联合雾化粉末用于粉末注射成形的可行性.结果表明,水气联合雾化粉末颗粒呈近球形,以此制备的喂料粘度低,熔体流动速率达1108.5g/10min.在1365℃保温3h的条件下,水气联合雾化316不锈钢粉末样品的致密度达到98.13%,抗拉强度达505 MPa、屈服强度达193MPa、伸长率达55%、硬度为78HRB,超过美国MPIF对316L不锈钢MIM制品的相应标准,优于传统水雾化粉末的烧结性能.水气联合雾化316不锈钢粉末适合用于MIM的批量生产.     

热压法制备WC-Co 梯度硬质合金的研究

采用分层铺叠装粉, 压制出Co 相呈层状非连续分布的WC-Co 系多层复合压坯, 经热压后得到了Co相沿截面呈连续梯度分布的梯度硬质合金, 并对其物理、力学性能及微观组织进行了测试分析。试验结果表明:热压温度、保压时间等工艺参数对梯度合金的热压致密化及梯度组织的形成有着明显的影响;与平均Co含量相同的均一组织合金相比, 梯度合金中高Co 区具有较高的强度, 低Co 区呈现较高的硬度, 因而能够实现高强度与高硬度的合理结合, 更好地满足特殊的使用要求。     

粉末法制备碳纳米管增强铜基复合材料及性能研究

采用湿法球磨的方式将质量分数0.10%的多壁碳纳米管(MWCNTs)分散在铜粉中, 干燥后经放电等离子烧结, 获得了CNTs/Cu复合材料的预制体, 采用冷轧方式将预制体轧制为薄片。研究了CNTs/Cu复合材料的物理性能及微观结构随轧制过程的变化规律。结果表明, CNTs/Cu复合材料的硬度、密度随着轧制的进行不断升高, 晶粒被细化。断口形貌为大量韧窝, 属于韧性断裂, 并在断口处发现团聚的CNTs。轧制总压下量为90%时, 薄带的电阻率为0.020 0 μΩ·m, 抗拉强度为410.24 MPa。     

烧结温度对放电等离子烧结法制备IGZO靶材 的影响研究

以预烧结复合粉体为原料, 采用放电等离子烧结(SPS)方法制备IGZO靶材, 并采用密度测定、XRD、SEM等手段对不同烧结温度条件下的靶材结构性能进行了表征分析。结果表明, 在一定的烧结温度区间, 随烧结温度升高, 烧结体相对密度增加, 体积电阻率降低, 烧结温度1 100 ℃条件下烧结体的结构性能较好, 相对密度97.44%, 体积电阻率3.66 mΩ/cm³。     

放电等离子烧结制备纳米SiC_p/Al复合材料及组织性能研究

以微米级、纳米级碳化硅(SiC)颗粒和纯铝(Al)粉为原料,通过高能球磨+放电等离子烧结(SPS)工艺制备了不同质量分数的SiC颗粒增强Al基复合材料(SiC_p/Al),研究了SiC颗粒尺寸和含量对复合材料组织性能的影响。结果表明:高能球磨能促进增强颗粒的均匀分布,放电等离子烧结具有烧结温度低、保温时间短的特点,可有效减少甚至避免基体与增强体有害反应的发生。纳米级SiC增强铝基复合材料的颗粒团聚趋势较大,复合材料致密度较低,但是其细晶强化和Orowan强化效果显著,包含源缺陷和源裂纹较少,因此,复合材料硬度和屈服强度相应提高。     

堆焊工艺参数与碳化钨含量对镍基碳化钨涂层性能的影响研究

以Ni35复合WC粉末为原料,采用等离子堆焊工艺在Q235A低碳钢表面制备了镍基复合碳化钨涂层,研究了焊接电流、WC含量对复合涂层性能的影响。结果表明,降低堆焊电流,减少热量输入,可以有效防止WC沉积。在研究范围内,WC含量低的样品WC沉积明显,而WC含量高的样品中WC分布较均匀。Ni35复合WC涂层相组成主要为γ-Ni(Cr,Fe)相、γ-(Ni,Fe)基体相,第二相WC,弥散相Cr₃C₂、Cr₇C₃、FeNi₃和W₂C。在焊接电流一定时,随着WC含量增加,堆焊涂层硬度增大; 涂层中WC含量相同时,随着堆焊电流降低,涂层硬度上升。在大焊接电流(210 A)下,随着镍基涂层中WC含量增加,样品磨损量逐渐增大; 在小焊接电流(195 A)下,随着WC含量增加,样品磨损量降低; 当涂层中WC含量相同时,随着堆焊电流降低,样品磨损量降低。     

用石英、石灰石和γ-氧化铝合成钙长石的研究

以天然石灰石、石英粉以及γ-氧化铝为原料,分别在1 400℃和1 450℃下进行烧结,成功制备了钙长石耐高温陶瓷试样。借助XRD和SEM分析方法对试样在不同温度下的物相和显微形貌进行了分析,对不同温度下试样的显气孔率、体积密度和抗折强度进行了测试,结果表明:1 450℃下试样显气孔率较低,体积密度及抗折强度较大,形成单一钙长石相。烧结温度对所合成的钙长石的力学性能有重要影响。随着烧结温度的提高,试样的显气孔率降低,体积密度增加,抗折强度从17.66MPa增加到19.52MPa。     

多元固废制备高强烧结透水砖及其性能研究

为充分利用尾矿资源,以多元固废（钒钛铁尾矿、金尾矿、页岩和水库底泥）为原料制备高强烧结透水砖,采用XRF、XRD及SEM研究了原料的物化特性,通过钒钛铁尾矿烧结产品的指标分析了其烧结特性,讨论了钒钛铁尾矿级配及粘结剂配比对透水砖性能的影响,确定了适宜的透水砖制备工艺参数。结果表明：①钒钛铁尾矿主要化学组成为SiO2、CaO、MgO,有利于形成辉石体系,促进结构的致密性,应用于烧结材料较为理想。颗粒表面粗糙,用作透水砖骨料时能够形成骨架结构,并在颗粒间形成一定孔隙,有利于砖体的透水性。②钒钛铁尾矿在不同烧结温度下颜色变化较大,随着烧结温度的升高,颜色由黄色逐渐转变为褐色,线膨胀率持续降低,质量损失率逐渐升高,堆积密度不断增大。③试验确定钒钛铁尾矿的适宜级配为1.18~4.75 mm占20%、0.60~1.18 mm占50%、0.15~0.60 mm占30%,适宜掺量78%;粘结剂的适宜配比为w（金尾矿）∶w（页岩）∶w（水库底泥）=2∶1∶1。④以钒钛铁尾矿为骨料制备透水砖,适宜的成型压力为25 MPa、烧结温度为1 080 °C、保温时间为90 min,此时透水砖抗压强度达到64 MPa,透水系数为0.062 cm/s,保水性为0.62 g/cm2,满足《透水路面砖和透水路面板》（GB/T 25993—2010）和《透水砖》（JCT 945—2005）的要求。     

无添加剂纳米晶聚晶金刚石块体合成及表征

以圆葱碳(OLC₁₁, 1 100 ℃及1 Pa条件下退火处理纳米金刚石所得)为原料, 在500～1 400 ℃/4～6 GPa/5～30 min条件下烧结合成无添加剂纳米晶聚晶金刚石(NPCD)块体。XRD、HRTEM、FESEM、维氏硬度等分析表明, 高温高压烧结后, OLC₁₁转变为金刚石, 同时金刚石颗粒长大连接形成D-D型NPCD块体。NPCD主要由金刚石组成, 还含有石墨和少量无定形碳。NPCD内存在大量纳米孪晶。烧结温度对NPCD的晶粒尺寸、密度、维氏硬度影响较大, 烧结压力的影响较小。1 200 ℃/5.5 GPa/15 min合成的NPCD平均晶粒尺寸、密度和维氏硬度指标较好, 分别为10.7 nm、2.70 g/cm3和32 GPa。烧结过程中, 高温高压使得OLC₁₁石墨层由内而外破裂形成金刚石颗粒, 相邻OLC₁₁通过悬键连接形成金刚石大颗粒, 再通过D-D键键合形成NPCD块体。     

316L不锈钢粗粉注射成形件的力学性能和微观组织

对平均粒度为30μm的316L不锈钢粗粉进行了注射成形。分析了烧结温度、保温时间和烧结气氛对烧结件力学性能和微观组织的影响。结果表明:在1 350℃、保温1 h、Ar+H2烧结气氛下得到的烧结件具有最好的力学性能,其抗拉强度为630 MPa,屈服强度为280 MPa,延伸率为52%,硬度为69HRB。     

高能球磨-快速热压烧结工艺制备纳米晶粒WC-Co 硬质合金

采用高能球磨-快速热压烧结工艺制备了纳米晶粒WC-Co 硬质合金块体, 并对合金的物理、力学性能及微观组织进行了分析测试。研究结果表明:高能球磨合成的纳米WC-Co 复合粉末通过快速热压烧结, 可在较低的烧结温度(1 300 ℃), 较短的保温时间(15 min), 较快的升温速率(120 ℃/min), 不太高的压力(35 MPa)下获得高致密的纳米硬质合金块体;通过添加0.8%的VC 和0.2%的Cr₃C₂ 作为晶粒生长抑制剂, 并采用低温、短时、快速、加压烧结的快速热压烧结工艺, 在一定程度上控制了纳米WC 晶粒的快速长大, 制备出了平均晶粒尺寸约为200 nm 且综合性能较高的纳米WC-Co 硬质合金块体。     

高炉冶金矿渣特性及其在ZTA陶瓷烧结中的作用

高炉渣是由炼铁高炉产生的一种工业废渣,其中含有CaO、Al₂O₃、SiO₂等硅酸盐成分和少量Fe₂O₃、TiO₂、ZrO₂等析晶形核剂。高炉渣在855℃热处理1 h,可形核析出1 μm左右的Ca₂Al₂SiO₇微晶,这表明高炉渣具有较高的析晶活性。向ZTA中添加质量分数为4%的高炉渣,1 550℃烧结30 min,低温下ZTA陶瓷的力学性能明显提升,抗弯强度和断裂韧性分别为650 MPa和6.03 MPa·m1/2,比相同温度下未添加高炉渣时分别提高了15%和14.2%,烧结温度降低了50℃以上。颗粒细化的高炉渣掺入ZTA陶瓷基体,烧结过程中高炉渣产生的液相促进了Al₂O₃棒晶的生长,受力过程中棒晶的拔出和裂纹的偏转有利于ZTA陶瓷力学性能的提升;高炉渣在高温下的析晶增强了ZTA陶瓷的晶界强度,进一步提高了材料的力学性能。      

粉末冶金温压铁基合金的力学性能研究

采用粉末内润滑温压工艺制备了Fe-4Ni-1.5Cu合金与FP4Ni-1.5Cu_0.5C合金,在温压温度100℃、压制压力750 MPa的条件下,加入润滑剂COM和石墨粉后可以制备出烧结密度7.18 g/cm3、硬度87HRB、屈服强度488 MPa、抗拉强度537 MPa、断后伸长率4.3%的4Ni-1.5 Cu-...     

微量CeO2掺杂对钼合金性能的影响

通过固-液喷雾掺杂技术和粉末冶金方法制备MoCe合金,采用ICP、SEM、万能试验机等手段测定合金粉化学成分、合金断裂特征和组织结构,研究不同含量稀土氧化物CeO2对钼合金性能的影响。结果表明,MoCe合金烧结密度随着CeO2掺杂量的增加而增加,且合金的密度均在9.80 g/cm3以上。CeO2掺杂量少于0.3%时,烧结棒的晶粒尺寸随着CeO2掺杂量的增加而减小;CeO2掺杂量高于0.3%时,晶粒尺寸未发生明显变化。?1.8 mm MoCe合金丝的室温强度和延伸率较纯钼丝有显著提高,CeO2掺杂量在0.3%时达到最大值,且室温拉伸断口呈现出典型的韧窝断口形貌。     

纤维长度对碳纤维/铜基复合材料组织及力学性能的影响

采用放电等离子烧结法制备了碳纤维增强铜基复合材料CFs/Cu。利用光学显微镜、扫描电镜和万能试验机检测并分析了不同碳纤维长度对复合材料相对密度、显微结构及力学性能的影响。结果表明, 添加质量分数为2.5%不同长度的碳纤维有利于提高CFs/Cu复合材料力学性能; 但随着碳纤维长度增加, CFs/Cu复合材料相对密度下降, 对力学性能的增强效果降低。添加1 mm长度碳纤维的复合材料相对密度和抗弯强度最佳, 分别为99.34%和805.47 MPa, 相较于未添加纤维的材料, 其强度提升了65%; 断口形貌显示为河流状花样和解理台阶特征, 存在较少韧窝, 属于以脆断为主, 伴随少量韧性断裂的混合断裂机制。     

微量铒对Al-6.0%Zn-2.0%Mg-1.5%Cu合金 组织与性能的影响

采用铸锭冶金法制备了含铒0%、0.4%、0.6%的Al-Zn-Mg-Cu合金, 用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析以及透射电镜研究了Er对合金的组织及性能的影响。试验结果表明, 含Er合金在凝固过程中形成一次Al₃Er相, 该相与α(Al)基体具有相同的晶体结构, 晶格常数接近, 可以有效的细化合金晶粒, 提高合金的抗拉强度, 在T6状态下含0.4%Er的2^#合金抗拉强度为577.12 MPa, 屈服强度为514.96 MPa, 延伸率为11.8%。     

粉末冶金Fe-Cu-C合金的微波烧结研究

研究了粉末冶金铁基机械零件在氩气或氮气保护下1 150～1 220 ℃, 保温5～20 min 工艺条件下微波烧结, 并对微波烧结与传统烧结工艺进行对比分析, 结果表明:铁基粉末冶金生坯在室温状态下具有良好的微波吸收性能, 升温过程稳定可控, 微波烧结比传统烧结速度更快, 时间更短而且达到几乎完全致密而不变形、棱角清晰且无裂纹, 相对密度为96.6%～97.8%, 洛氏硬度HRC40～45, 满足机械零件的性能要求。     

几种不同碳化物颗粒在堆焊复合材料中的特征

用硬度、金相、Ｘ射线衍射、磨损试验等测试方法，对几种不同类型的管装碳化物硬质合金堆焊焊条进行了性能的对比试验，探讨了烧结ＷＣ、铸造ＷＣ和烧结ＴｉＣ堆焊合金的不同特性：铸造ＷＣ耐磨性最高，但冲击韧性差；烧结ＴｉＣ和烧结ＷＣ耐磨性相当，但ＴｉＣ焊接工艺较差，为应用不同类型的管装碳化物耐磨焊条提供一定的参考数据