烧结保温时间对超粗晶WC-10Co硬质合金微观结构及性能的影响

超粗晶WC-Co硬质合金因耐磨性高和韧性好成为研究的一个热点,而致密度和晶粒的控制是获得优异性能的关键.采用轻度球磨法获得添加超细WC的复合粉末,通过真空烧结制备平均晶粒尺寸为8.3～8.8μm的超粗晶WC-10Co硬质合金,研究烧结保温时间对致密度、WC晶粒及力学性能的影响.结果表明:随着烧结保温时间从30 min增至120 min,致密度先增加后下降,Co在合金表面聚集氧化并使内部孔隙增多,部分WC晶粒聚集形成异常晶粒,这些缺陷结构阻碍了孔隙的消除;超细WC和球磨破碎细WC的先后溶解析出,使WC平均晶粒度先增加后减小,晶粒分布变宽.当烧结保温时间为60 min时,曲面类球状WC部分通过台阶生长机制转变为性能友好型的圆边六棱柱晶粒,抗弯强度和冲击韧性达到最高,分别为1733 MPa和28 kJ·m-2.此外,烧结过程中部分晶粒中原生缺陷难以完全消除,而较长的烧结保温时间下,多种缺陷的增多降低合金性能.     

VC/Cr3C2添加剂与烧结温度对超细WC-12Co硬质合金的影响

为了有效控制烧结过程中WC晶粒的长大,获得高强度高硬度的超细硬质合金,采用扫描电镜、拉伸机和洛氏硬度仪研究了不同质量分数及配比的VC/Cr3C2晶粒长大抑制剂和烧结温度对超细WC-12Co硬质合金的显微组织及力学性能的影响,并结合试验结果分析了超细硬质合金中VC/Cr3C2晶粒长大抑制剂的作用机理.结果表明,添加适量VC/Cr3C2晶粒长大抑制剂的超细硬质合金中WC晶粒尺寸分布集中,不存在明显的组织缺陷,合金具有细而均匀的微观组织及优异的力学性能.当晶粒长大抑制剂(质量分数)为0.2%VC/0.5%Cr3C2,1450℃烧结制备WC-12Co超细硬质合金的抗弯强度为3710MPa,硬度(HRA)为91.5.VC/Cr3C2晶粒长大抑制剂的作用机理为:VC主要与WC反应生成(W,V)C固溶体聚集在WC/Co界面,降低WC/Co界面能,Cr3C2主要固溶在粘结相中,导致WC在粘结相中的溶解度降低,二者的综合作用减缓了粘结相中WC溶解-析出过程,从而抑制烧结过程中WC晶粒的长大.     

WC-20％Co复合粉的制备及其放电等离子烧结的研究

利用放电等离子烧结技术将WO3、Co3O4和碳黑的高能球磨混合粉经真空还原碳化后合成的WC-20％（质量分数）Co复合粉烧结为致密的高钴WC-Co硬质合金材料。研究了制备复合粉的工艺和放电等离子烧结过程以及制备合佥的相组成、显微组织、物理和力学性能。实验表明，高能球磨粉在真空条件下原位还原碳化反应得到物相纯净的超细复合粉，此后复合粉在1190～1210℃SPS烧结成致密块体材料。通过SEM观察发现，由于经1200℃液相烧结，溶解析出的WC相发生粗化，呈板状晶，平均宽度400nm，长度1μm；钴相均匀分布在WC相周围，无钴池形成。     

纳米碳化钒对超细WC基硬质合金的影响

研究了在放电等离子烧结(SPS)条件下,纳米碳化钒(V8C7)对超细WC基硬质合金的相组成、微观组织及性能的影响。结果表明:超细WC基硬质合金主要由WC和Co3C两相组成,相对于未烧结的硬质合金材料,WC的衍射峰向小角度方向偏移;纳米碳化钒可以有效抑制超细WC基硬质合金中WC晶粒的长大,并且随着纳米碳化钒比表面积的增大而增强,添加比表面积为63.36m2/g的纳米V8C7后,硬质合金中大部分WC的晶粒尺寸0.5μm;纳米碳化钒对超细WC基硬质合金的性能具有重要影响,并且随着纳米碳化钒比表面积的增大而增加,添加比表面积为63.36m2/g的纳米V8C7后,超细WC基硬质合金具有较高的性能(相对密度99.7%,洛氏硬度93.4,断裂韧性12.7MPa.m1/2)。     

板状WC晶粒WC-(Co-Ni)硬质合金的组织和性能

采用真空烧结法制备了板状WC晶粒WC-(Co-Ni)硬质合金,通过XRD、SEM、EDS等手段研究了Ni/(Ni+Co)比对硬质合金组织和性能的影响规律。结果表明:随着Ni/(Ni+Co)比的增大,硬质合金显微组织中板状WC晶粒的比例逐渐减少,硬质相颗粒的尺寸逐渐增大且平均长厚比逐渐减小。当Ni/(Ni+Co)比过大时,硬质合金中硬质相颗粒出现了团聚现象,使其力学性能显著降低。当Ni/(Ni+Co)比为0.3和0.5时,WC-(Co-Ni)硬质合金的综合力学性能较高,这与其硬质相颗粒较细和平均长厚比较大有关。当Ni/(Ni+Co)比为0.5时,WC-(5Co+5Ni)硬质合金具有较优的综合力学性能,其抗弯强度、硬度和断裂韧性分别为2 448 MPa、90.0HRA、21.2 MPa·m~(1/2)。     

碳化物抑制剂对WC-2.5TiC-10Co超细晶硬质合金微观组织及力学性能的影响

采用高能球磨和真空热压烧结相结合的方法制备了WC-2.5TiC-10Co超细晶硬质合金,并利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)等性能测试手段研究了Cr_3C_2、VC、TaC和NbC的添加对超细晶硬质合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:经过球料比10∶1及转速为350r/min行星式高能球磨处理30h后,WC粉末的粒径由0.6mm减小到0.2mm以下;经过1410℃真空热压烧结1h后,XRD检测未发现新的反应物生成。添加0.45%Cr_3C_2、0.3%VC、0.5%TaC或NbC的硬质合金中有少量异常长大的WC晶粒,断口表面疏松且平坦,分析表明较大的WC晶粒在应力集中的作用下发生解理破坏,并成为材料断裂的裂纹源。当抑制剂Cr_3C_2和VC的含量再增加0.1%后,WC晶粒可以控制在0.5mm以下,断口表面致密成台阶状,抗弯强度可提高20%;TaC和NbC对抑制WC晶粒生长的作用并不显著,但添加NbC对提高硬质合金致密度的效果最显著。     

碳纳米管对硬质合金WC晶粒及强度的影响

以碳纳米管为增强相,WC-10Co硬质合金为基体,采用湿法球磨工艺将多壁碳纳米管(Multiwalled carbon nanotubes,MWCNTs)和WC-10Co硬质合金粉料充分混合,通过真空烧结制成CNTs增强的WC-10Co硬质合金试样。采用SEM观测MWCNT在硬质合金基体中的分布和烧结后硬质合金微观结构。SEM显示碳纳米管嵌插在WC晶粒之间,抑制WC晶粒生长,使WC晶粒得到细化。试样横向断裂强度达到1 780 MPa,对比未增强试样提高了7.8%。     

CeO2改性多尺度WC-CoCr涂层组织结构及空蚀性能研究

采用超音速火焰喷涂技术，制备多尺度WC-10Co4Cr涂层和纳米CeO₂改性涂层。研究添加纳米CeO₂对多尺度WC-10Co4Cr涂层组织结构、力学性能的影响。并采用超声振动空蚀装置研究淡水介质中涂层的空蚀行为和机理。研究表明，改性涂层和未改性涂层物相均主要由WC相和非晶CoCr组成，没有产生明显的脱碳相。纳米CeO₂改性多尺度WC-10Co4Cr涂层具有更低孔隙率(0.25%),但涂层显微硬度(1 134 HV_0.3)只有多尺度WC-10Co4Cr涂层的83%。同时其开裂韧性(5.27 MPa·m^1/2)相对于多尺度WC-10Co4Cr涂层降低了4%。纳米CeO₂的添加削弱了涂层在淡水介质的抗空蚀性能，其抗空蚀性能只达到多尺度WC-10Co4Cr涂层的61%。纳米CeO₂的添加降低了多尺度WC-10Co4Cr涂层的孔隙率，但同时削弱了涂层的力学性能，由此降低了涂层的抗空蚀性能。     

抑制剂对WC-Co硬质合金涂层性能的影响

利用原位还原碳化反应合成的超细WC-12Co复合粉末作为原料, 分别添加1.0wt%晶粒长大抑制剂即VC、Cr₃C₂和NbC, 经团聚造粒和超音速火焰(HVOF)喷涂制备了超细结构的硬质合金涂层。研究了不同晶粒长大抑制剂对涂层的显微组织结构、物相、硬度、耐磨性能和耐蚀性能的影响。结果表明, 与未添加晶粒长大抑制剂涂层相比, 添加1.0wt% VC或Cr₃C₂制备的硬质合金涂层中WC颗粒的平均尺寸降低了约49%, 涂层硬度明显提高, 磨损速率降低了约52%~55%。添加1.0wt% NbC对制备涂层中WC颗粒尺寸的抑制作用不明显, Co粘结相中由于形成了(W, Nb)C化合物, 其耐蚀性获得显著提高, 但该化合物脆性大, 导致涂层耐磨性不及添加VC和Cr₃C₂制备的涂层。     

烧结工艺对WC-1.0TiC-3.1TaC-4.5Co硬质合金性能及微观组织的影响

采用传统粉末冶金法,分别用真空烧结和低压烧结工艺制备出一系列WC-1.0TiC-3.1TaC-4.5Co硬质合金样品。利用光学显微镜、扫描电镜与能谱仪对合金微观组织结构特征进行观察与分析。结果表明:提高真空工艺烧结温度或采用低压烧结工艺,能使合金内部的显微孔隙、钴池减少;低压烧结制备的合金WC晶粒度小于真空烧结制备的合金WC晶粒度,合金中易出现WC晶粒异常长大现象。     

烧结破碎法制备超细晶粒WC-17%Co热喷涂粉末

利用烧结破碎法,以超细晶粒WC粉、Co粉为原料制备了WC-17%Co热喷涂粉末。用X-射线衍射和扫描电子显微镜对粉末的形貌和结构进行了研究,讨论了烧结温度、有机粘结剂、碳粉对粉末特性的影响。实验结果表明:将有机粘结剂添加到粉末中后,可有效地阻止超细WC/Co粉烧结时η相(Co3W3C、Co6W6C)的出现;除极少量碳溶于粘结相Co中外,碳主要以游离态形式存在,可抑止粉末热喷涂时WC的分解;制备超细WC-17%Co热喷涂粉末适宜的烧结温度是在1250℃左右。     

新型Co3O4和WC共沉积β-PbO2电极用于锌电解沉积及电化学性能研究

采用复合电沉积技术在Pb-0.3wt%Ag/α-PbO₂基体上合成了WC和Co₃O₄颗粒共沉积的β-PbO₂复合沉积层。沉积行为研究发现,WC颗粒先于Co₃O₄颗粒吸附于基体上,将WC颗粒与Co₃O₄颗粒共沉积是一种抑制当Co₃O₄颗粒单独共沉积于β-PbO₂沉积层时发生团聚情况的有效方法。电极性能研究发现,WC或Co₃O₄颗粒的共沉积均会提高复合阳极的析氧电催化活性,此外,WC颗粒还有助于提高复合阳极的显微硬度和在Zn电解沉积溶液中的耐腐蚀性能。Co₃O₄颗粒的共沉积不利于β-PbO₂相的生长,WC颗粒的共沉积对β-PbO₂相的生长影响不大,两种颗粒同时共沉积有助于抑制酸性镀液中α-PbO₂相的生长。      

Al合金超音速等离子喷涂WC/Co涂层的组织结构

采用超音速等离子喷涂技术制备了WC/Co涂层,利用扫描电镜、X射线衍射、显微硬度计对涂层的组织结构和硬度进行了表征。结果表明,超音速等离子喷涂层微观组织为多边形WC硬质相分布于Co基体中,未见WC分解现象。在涂层同基体结合界面处,部分区域喷涂粒子嵌入Al合金基体之中。与Al合金基体相比,超音速等离子喷涂层硬度显著提高,达到876HV0.2。     

基于微观结构的热喷涂WC/Co涂层裂纹生长模拟

涂层微观结构特征直接影响涂层的寿命,基于涂层微观结构研究涂层裂纹扩展特征成为评价热喷涂层性能的重要问题.本文基于WC/Co涂层微观结构建立了有限元模型,并采用XFEM方法研究了单应力状态预存裂纹行了模拟,获得了涂层微观裂纹扩展的损伤规律.研究表明:在拉应力作用下,沿着WC-Co边界产生的应力集中是涂层裂纹产生的根源;WC/Co涂层浅表面(0.125b,b为涂层厚度)的水平裂纹对垂直拉应力敏感、吸收能量快,0.78b处的裂纹扩展后对应力响应迅速,因此0.125b与0.78b是WC/Co涂层裂纹生长的关键深度;在0.78b处,当初始裂纹角度0°～45°时,扩展位移逐渐减小,扩展偏转角增大,45°时存在能量积累导致角度快速偏转.在周期应力作用时,WC/Co涂层的疲劳周期随应变幅值增加而减小;应变幅值相同时,WC/Co涂层的疲劳周期随频率增加而增加.     

WC/Co含量对Ni-WC/Co纳米复合镀层摩擦学性能的影响

为了探究Ni-WC/Co纳米复合镀层对材料表面摩擦学性能的影响,采用脉冲电沉积制备出Ni-WC/Co纳米复合镀层,研究镀液中WC/Co含量对复合镀层晶体结构、晶粒尺寸和硬度的影响;室温下,在MM-W1B立式万能摩擦磨损试验机上测试复合镀层的摩擦学性能,分析其磨损机理。结果表明:随着镀液中加入WC/Co颗粒含量的增加,复合镀层平均晶粒尺寸先减小后增大,硬度则是先增大后减小,镀层的摩擦系数和磨损速率都是先降低后升高;当WC/Co含量为30.0 g/L时,复合镀层的平均晶粒尺寸最小,硬度最高,摩擦系数和磨损速率最低,耐磨性能最佳,复合镀层表面只呈现出轻微划痕,是由磨料磨损造成的,没有犁削和黏着磨损的特征。     

1400℃放电等离子烧结制备MgO-B_(2)O_(3)增韧无金属黏结相WC硬质合金EI北大核心CSCD

为了降低无金属黏结相碳化钨(WC)硬质合金的烧结温度并获得较高的断裂韧度,采用MgO和B_(2)O_(3)协同增韧WC硬质合金。通过放电等离子烧结技术(SPS)在1400℃的较低温度下制备出致密的WC-MgO-B_(2)O_(3)硬质合金块体材料,研究MgO-B_(2)O_(3)对无金属黏结相WC硬质合金的烧结机理、微观组织演变以及力学性能的影响规律。结果表明:MgO-B_(2)O_(3)的添加促进了WC的烧结致密化,显著降低了无金属黏结相WC硬质合金的烧结温度。随着MgO-B_(2)O_(3)添加量的提高,组织中的部分第二相形貌发生显著改变,逐渐由短杆状转变为长杆状,再转变为聚集时的块状。当MgO-B_(2)O_(3)添加量达到8%(质量分数)时,块体材料具有较好的断裂韧度,为(9.45±0.37)MPa·m^(1/2),同时其硬度为(18.16±0.17)GPa。     

用于石油钻井磨料射流喷嘴的研制

为进一步提高石油钻井磨料射流喷嘴寿命,以自制含有晶粒长大抑制剂的WC-6Co纳米复合粉为原料,采用模压及真空烧结试制了一种磨料射流喷嘴,用扫描电镜观察其组织形貌,并进行硬度和密度的测量.结果表明:试制的WC-6Co硬质合金喷嘴组织均匀,断口平整光滑,WC晶粒细小,平均晶粒尺寸约1.5μm;其硬度为HRA90.7,密度为14.79 g/cm3,接近国外同类产品,有广泛应用推广价值.     

化学镀镍对碳纤维增强聚酰亚胺表面WC/Co涂层抗热震性能的影响

在航空发动机涡轮叶片用碳纤维增强聚酰亚胺(C/PMR15)复合材料表面喷涂WC/Co涂层可以提高其抗氧化耐冲刷性能,采用整体热震法能够评定涂层与基体的结合力.研究了在C/PMR15基体上化学镀镍作为粘结底层对WC/Co喷涂层抗热震性能的影响,并与喷涂PMR15粉末作为过渡层的方法进行了比较.结果表明,在PMR15过渡层上不能得到完整的后续涂层,在化学镀镍粘结底层上可得到连续致密的镍基合金层和WC/Co涂层,镀镍层大幅度提高了基体抗氧化能力,缓和了WC/Co涂层和基体界面位置的热应力,涂层抗热震性提高.     

低温燃烧法制备(W,Mo)C/Al2O3/La2O3复合粉末及性能

为了开发出一种无黏结相硬质合金来减少传统硬质合金中钴元素的应用,采用化学法制备(W,Mo)C/Al₂O₃/La₂O₃。以偏钨酸铵、钼酸铵、硝酸铝、硝酸镧、尿素和葡萄糖为原料,通过低温燃烧法探究硝酸盐和尿素、葡萄糖的不同配比,得出最优配比后还原炭化制备(W,Mo)C/Al₂O₃/La₂O₃粉末。在1500~1800℃经离子烧结制备(W,Mo)C/Al₂O₃/La₂O₃无黏结相材料,研究其力学性能并分析强韧化机制。结果表明:硝酸盐和尿素的最佳摩尔配比为1∶2,硝酸盐和葡萄糖的最佳摩尔配比为1∶0.5,加入葡萄糖后颗粒尺寸减小了0.28μm,比表面积提高了75.64%。致密度、维氏硬度和抗弯强度在1600℃时达到最大值分别为:98.45%,2202HV和1203 MPa,断裂韧度在1500℃时达到最大值为7.52 MPa·m^1/2。由于晶粒的细化及第二相颗粒的增韧的影响,(W,Mo)C/Al₂O₃/La₂O₃在1500~1600℃时以沿晶断裂和穿晶断裂为主;晶粒长大以及孔隙的出现导致(W,Mo)C/Al₂O₃/La₂O₃在1700~1800℃时以沿晶断裂为主。     

Cr含量对WC-Co硬质合金显微组织和力学性能的影响

采用低压烧结技术制备了不同Cr含量的WC-8Co硬质合金,通过XRD、SEM和力学性能测试等手段分析了Cr含量对硬质合金物相、显微结构和合金的力学性能的影响。结果表明,当Cr含量<0.9%时,合金由WC+γ-(WC)相组成,添加量增至0.9%及以上时,组织中出现缺碳相Co3W3C;随着Cr含量的增加,WC晶粒不断细化,当添加量为0.6%时,合金的综合力学性能最佳,其抗弯强度、维氏硬度及断裂韧性分别为3885MPa、1632.4HV30、9.82MPa.m1/2。