Cr3C2/CrN复合添加剂对非均匀结构硬质合金性能的影响

本文以粗、中、纳米颗粒WC为原料,采用粉末冶金方法制备了不同Cr₃C₂/CrN复合添加剂含量的WC-10%Co非均匀结构硬质合金,并研究了Cr₃C₂/CrN复合添加剂对硬质合金微观组织结构和性能的影响。结果表明：随着Cr₃C₂/CrN复合添加剂含量增加,WC晶粒被抑制效果越显著,合金硬度呈递增趋势,抗弯强度则先增加后减小。当Cr₃C₂/CrN复合添加剂含量为1%时,合金综合性能最佳,维氏硬度达到1270HV3,抗弯强度达到2880MPa。复合添加剂增强作用机理主要是因为复合添加剂溶解在液相Co中,降低了WC在Co相中的溶解度,减缓WC溶解-析出过程,抑制了WC晶粒聚晶和异常长大现象,并起到固溶强化和弥散强化的作用,有效提升了合金综合性能。     

Cr3C2和VC复合抑制剂对超细WC-9%Co硬质合金制备及性能的影响

针对超细晶WC-Co硬质合金的制备,WC晶粒生长抑制剂的运用尤为重要。本研究采用粉末冶金方法制备了超细WC-9%Co硬质合金,研究了Cr₃C₂和VC复合抑制剂对超细WC-9%Co硬质合金制备、微结构及性能的影响。结果表明：随着复合抑制剂中VC的增加,即Cr₃C₂的减少,合金的晶粒尺寸、断裂韧性逐渐降低,矫顽磁力、钴磁逐渐升高,横向断裂强度则先增高后降低;同时,随着VC配比的增加到一定程度合金逐渐出现VC偏析现象。综合来看,WC-9%Co-0.5%Cr₃C₂-0.5%VC超细硬质合金表现出较优的综合物理性能(矫顽磁力38.9 kA/m、钴磁7.82%、密度14.44 cm³/g)、力学性能(洛氏硬度94.0 HRA、维氏硬度2 010 HV30、横向断裂强度4 691 MPa)。     

合金添加剂对WC基硬质合金氧化行为及其关联特性的影响

为了同步改善合金的高温抗氧化性能及物理与力学性能,设计WC-6Co-6Ni、WC-6Co-6Ni-1Cr₃C₂、WC-6Co-6Ni-1CeO₂和WC-12Co-1CeO₂等4组WC基硬质合金,分别对应1^#～4^#合金,对比研究合金的微观结构、物理与力学性能和700℃连续16 h的氧化行为。结果表明,CeO₂弥散相的存在不会导致WC基硬质合金强度降低,合金硬度遵循复合材料硬度及晶粒度和各相体积分数的耦合作用规律。4组合金中,4^#合金的硬度最高,其次为2^#合金,Co、Ni黏结金属对硬质合金硬度的影响显著。Cr₃C₂和CeO₂添加剂均可显著改善700℃下合金的抗氧化性能,但Cr₃C₂的改善效果明显优于CeO₂。在WC基硬质合金中添加适量的Cr₃C...     

复合添加Cr3C2/VC/TaC的WC-12%Co超细晶硬质合金的组织和性能研究

研究了复合添加不同含量的Cr₃C₂、VC、TaC三种晶粒长大抑制剂对WC-12%Co超细晶硬质合金组织及性能的影响。结果表明，与采用Cr₃C₂+VC组合晶粒长大抑制剂的合金相比，采用Cr₃C₂+VC+TaC组合晶粒长大抑制剂的合金的综合力学性能呈降低趋势，但导热性能更好。采用Cr₃C₂+VC+TaC组合晶粒长大抑制剂的合金的组织和力学性能取决于晶粒长大抑制剂的抑制效果，而不是其添加总量，优化三种抑制剂的配比是提升合金性能的关键。     

(V,Cr, W)C复合粉末对WC-11Ni硬质合金微观组织及力学性能的影响

以Cr₂O₃、WO₃、V₂O₅和炭黑为原料，采用碳热还原法在1 500℃下反应2 h制备了(V,Cr, W)C复合粉末。采用XRD和SEM对(V,Cr, W)C复合粉末的相成分和显微组织进行了表征，研究了复合粉末的添加方式及含量对WC-11Ni硬质合金组织及力学性能的影响。结果表明，添加(V,Cr, W)C复合粉末的合金力学性能获得了显著提升，其抗弯强度、维氏硬度以及断裂韧性比未添加复合粉末的试样分别提高了19.97%、19.61%、12.18%。同时，添加(V,Cr, W)C复合粉末的合金性能优于添加(V,Cr)C复合粉末和添加WC+Cr₃C₂混合粉末的合金试样。另外，随着(V,Cr, W)C复合粉末添加量的增加，合金的抗弯强度、维氏硬度及断裂韧性均呈先增大后减小的变化趋势；当(V,Cr, W)C复合粉末的添加量为0.6%时，合金的抗弯强度、维氏硬度和断裂韧性达到最大值，分别为2 835 MPa、1 671 MPa、15.1 MPa...     

粗WC颗粒对低钴硬质合金组织与性能的影响

以粒度为5μm的粗WC颗粒和粒度为1μm的细WC颗粒为原料,采用6种不同的粗/细颗粒质量配比,通过低压烧结制备Co含量(质量分数,下同)为7%的低钴WC–Co硬质合金,测试材料的抗弯强度、断裂韧性和硬度,并采用扫描电镜(SEM)观察材料的微观组织、弯曲断口形貌及裂纹扩展情况,研究粗颗粒WC含量对低钴硬质合金组织与性能的影响。结果表明,随粗颗粒WC含量增加,WC晶粒度的分布表现为明显的双峰结构特征,从合金的弯曲断口观察到裂纹偏转以及穿晶断裂数量显著增加,以此阻碍裂纹扩展,从而提高合金的韧性。合金硬度随粗颗粒WC含量增加而下降。当粗颗粒含量(质量分数)为50%时,WC-7%Co硬质合金具有较好的综合力学性能,其硬度(HV30)为15.9 GPa,抗弯强度和断裂韧性分别为2 490 MPa和11.39 MPa·m1/2。     

Cr3C2/Ni3Al复合材料耐磨性提高的机制分析

为了探讨Cr₃C₂强化相提高Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料耐磨性的机制, 本文采用热等静压技术制备了Ni₃Al合金和Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料, 借助纳米压痕仪对Ni₃Al合金和Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料中各组成相的力学性能进行了表征, 利用销-盘式摩擦磨损试验机研究了热等静压Ni₃Al合金和Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料的耐磨性能, 并结合扫描电子显微镜和纳米压痕仪分析了材料磨损表面形貌和磨损次表面层硬度变化.结果表明, Cr₃C₂的添加提高了复合材料基体的硬度, Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料中各组成相的纳米硬度和弹性模量由基体相、扩散相到硬芯相是逐渐增大的, 呈现出梯度变化, 有利于提高Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料的耐磨性.在本研究实验条件下, Ni₃Al合金和Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料表面的磨损形式主要为磨粒磨损, Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料表现出更加优异的耐磨性能.Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料耐磨性能的提高主要跟碳化物强化相阻断磨粒切削、减弱摩擦副间相互作用、减小加工硬化层厚度、磨粒尺寸等因素有关.      

WC含量对TiCN-HfN金属陶瓷刀具材料微观组织和力学性能的影响

采用热压烧结技术制备了TiCN-HfN-WC金属陶瓷刀具材料, 研究了WC含量(质量分数)对金属陶瓷刀具材料微观组织和力学性能的影响。结果表明: TiCN-HfN-32%WC金属陶瓷刀具材料由TiCN、(Ti, Hf, W)(C, N)、WC和MoNi组成, 材料中还含有极少量的(Ti, Mo, W)(C, N)固溶体, 材料内部形成了网状骨架结构。随着添加WC质量分数的增加, 材料中晶粒粒度降低, 添加WC可抑制材料中TiCN晶粒的生长, 起到细化TiCN晶粒的作用; 材料的相对密度、硬度和断裂韧度都具有先增大后减小的变化趋势, 材料的抗弯强度逐渐增大。当WC质量分数为32%时, 材料具有相对较好的综合力学性能, 其硬度为20.2GPa, 断裂韧度为7.1MPa·m1/2, 抗弯强度为1581.3MPa。     

Ni含量对WC-Co-Ni硬质合金的力学性能和耐腐蚀性能的影响

以WC、Co和Ni为原料,采用粉末冶金法制备不同镍钴比的硬质合金试样,研究了试样的微观组织,分析了试样的硬度、耐磨系数、抗弯强度和断裂韧性等力学性能,并通过电化学实验探究其耐腐蚀性能。结果表明,随着Ni含量的增加,WC-Co-Ni硬质合金的硬度、耐磨系数及抗弯强度均持续降低,断裂韧性先增加后降低。成分为WC-10%Co、WC-9%Co-1%Ni和WC-7%Co-3%Ni的三组试样的微观晶粒组织较为均匀细小,而其余试样微观晶粒组织粗大。通过在pH=7的3.5%NaCl溶液中的电化学实验可知,随着Ni含量的增加,WC-Co-Ni硬质合金试样的耐腐蚀性能增强。WC-7%Co-3%Ni合金试样的综合力学性能最佳,同时考虑到试样的耐腐蚀性能,优化配方后的合金可以更好地提高盾构刀具的工作寿命。     

热压烧结原位合成Coss/Co3Mo2Si复合材料

为优化过渡金属硅化物的中低温脆性, 以金属粉末为原料通过热压烧结制备了Co₃Mo₂Si增强、Co基固溶体(Co_ss)增韧Co_ss/Co₃Mo₂Si复合材料, 并对其微观组织结构及力学性能进行了研究。结果表明: Co_ss/Co₃Mo₂Si复合材料主要由Co₃Mo₂Si三元金属硅化物相和Co_ss相组成, 两相均匀分布; Co₃Mo₂Si三元金属硅化物相质量分数增加材料的硬度升高, 但抗弯强度降低, Co_ss相质量分数增加材料的相对密度和抗弯强度均升高; 抗弯强度的最大值可由单一Co₃Mo₂Si相的335.7MPa提高到Co_ss/Co₃Mo₂Si复相的756.2MPa。     

B4C含量对ZrB2陶瓷微观结构及力学性能的影响

针对ZrB₂陶瓷粉末在球磨时易掺入ZrO2,影响ZrB₂陶瓷烧结致密化的问题,添加B₄C作为烧结助剂,采用无压烧结法制备ZrB₂陶瓷材料,研究B₄C含量(w(B₄C),下同)对材料微观形貌、硬度与抗弯强度的影响。结果表明,B₄C通过与晶粒表面的ZrO2发生反应,抑制ZrB₂晶粒粗化,减小晶粒尺寸,从而提高烧结致密度。随B₄C含量增加,ZrB₂陶瓷的晶粒尺寸和相对密度逐渐增大,抗弯强度和硬度先升高后降低。当w(B₄C)为7%时,ZrB₂晶粒细小,材料的抗弯强度和硬度(HV)达到最大,分别为242 MPa和12.65 GPa。w(B₄C)增加至9%时,出现晶粒异常长大,材料力学性能下降。     

TiC含量对WC-8Co超细晶硬质合金力学性能和微观组织的影响

采用放电等离子烧结技术制取不同TiC含量的WC-8Co硬质合金。分析了TiC含量对WC-8Co基硬质合金刀具材料的致密度、力学性能和微观组织的影响。实验结果表明,随着TiC含量增加,WC-8Co硬质合金常温综合力学性能先提高后降低,添加5%(质量分数)TiC的WC-8Co硬质合金具有较好的综合力学性能。当烧结温度和压力分别为1 250℃、50 MPa时,WC-5TiC-8Co硬质合金材料致密度、维氏硬度、断裂韧性以及室温下的抗弯强度分别达到98.85%、19.49 GPa、9.46 MPa·m~(1/2)和1 893 MPa。硬质合金致密化烧结曲线和组织显微形貌的分析结果表明,随着TiC含量增加,硬质合金的致密化烧结的起始温度向更低的温度偏移,Co相流动性变差,从而导致致密化烧结条件变差。试样中孔隙增多,是硬质合金维氏硬度和力学性能下降的主要原因。     

CeO2/Cr3C2对WC-Co-Ni基硬质合金电化学腐蚀行为的影响

为了探讨WC-Co-Ni基合金腐蚀性能提升路径,采用相同基础原材料,制备WC-6Co-6Ni、WC-6Co-6Ni-1.0Cr₃C₂、WC-6Co-6Ni-1.0CeO₂和WC-12Co-1.0CeO₂等4种合金。分别在NaOH(pH=13)、Na₂SO₄(pH=7)和H₂SO₄(pH=1)等3种腐蚀介质中对4种合金进行电化学阻抗谱和动电位极化曲线测试。结果表明,腐蚀介质对合金耐腐蚀性能及其腐蚀机理具有重大影响,合金添加剂Cr₃C₂和Ni能够提升WC-Co-Ni基硬质合金在Na₂SO₄中性介质中的耐腐蚀性能,而在WC-6Co-6Ni合金中添加1.0%Cr₃C₂会降低合金在NaOH介质中耐腐蚀性能;WC晶粒相对细小的WC-12Co-1.0CeO₂合金在NaOH介质...     

Cr3 C2含量对Cr3 C2/Ni3 Al复合材料摩擦磨损性能的影响

采用热等静压法制备Ni₃Al合金和Cr₃C₂含量不同的Ni₃Al基复合耐磨材料,利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪及摩擦磨损试验机,系统地研究Cr₃C₂含量对材料组织特征、硬度及摩擦磨损性能的影响.结果表明:Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料中,Cr₃C₂颗粒与Ni₃Al颗粒之间发生互扩散作用,使部分Cr₃C₂颗粒转变为M₇C₃（M=Cr,Fe,Ni）结构;在特定的摩擦磨损条件下,随着Ni₃Al基体中Cr₃C₂比例增大,Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料的耐磨性能显著提高,达到了Ni₃Al合金耐磨性能的4~10倍.此外,随着Ni₃Al基体中Cr₃C₂比例的增大,Cr₃C₂/Ni₃Al复合材料对对磨盘的切削、刮擦作用减弱,对磨盘的磨损量减少.      

高能球磨制备WC/Al2O3-Cr-Mo-Ni金属陶瓷及其组织和力学性能

以亚微米级WC粉、Al2O3粉、Cr粉、Mo粉与Ni粉为原料,采用高能球磨+热压工艺制备WC/Al2O3-Cr-Mo-Ni金属陶瓷材料,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分析材料的物相组成和显微组织结构以及断裂方式,研究粘结相Ni和陶瓷相Al2O3的含量(均为质量分数)对该材料力学性能和微观结构的影响。研究表明:金属陶瓷的抗弯强度及断裂韧性随Ni含量增加而提高,随Al2O3含量增加而降低,硬度的变化趋势则相反。当Ni含量为7%、Al2O3含量为10%时,该金属陶瓷具有良好的综合性能,抗弯强度为567 MPa,断裂韧性为7.46(MPa.m1/2),维氏硬度为15.24 GPa,基本达到现用模具材料的水平。随着Ni含量增加,金属陶瓷的断裂方式由沿晶断裂向沿晶断裂与穿晶断裂相混合的方式转变。     

碳含量对Mo2FeB2基金属陶瓷的影响

采用真空烧结工艺制备了4种不同碳含量0、0.25%、0.5%、1%(质量分数，下同)的Mo₂FeB₂基金属陶瓷，研究了碳含量对金属陶瓷微观组织和力学性能的影响。结果表明：随着碳含量的增加，金属陶瓷的液相形成温度降低，金属陶瓷的硬度和抗弯强度呈先增大后降低的趋势。当碳含量为0.5%时，硬质相和粘结相两相组织分布最为均匀致密，金属陶瓷的硬度和抗弯强度最佳(88.5 HRA, 1 858.5 MPa)。当碳含量增加到1%时，过量的碳与Fe形成了脆性Fe₃C相，导致组织粗化和力学性能降低。     

粗细WC晶粒配比对双晶结构硬质合金力学性能与组织结构的影响

采用粗细WC颗粒不同比例搭配的方法制取WC-8%Co双晶结构硬质合金,并通过对合金金相组织的观察以及硬度(HRA)、矫顽磁力(Hc)、抗弯强度(TRS)和断裂韧性(KIC)等物理、力学性能的检测对比,研究其力学性能与组织结构。结果表明,粗细WC颗粒配比和WC晶粒大小是改善非均匀结构合金力学性能与组织结构的重要因素,通过优化配比按21%～24%添加粗颗粒WC可制备出力学性能良好的双晶结构硬质合金。随着合金中粗晶粒WC比例的增大,合金的HRA、H_c略微降低,K_(IC)从14MPa·m~(1/2)提高到19.7MPa·m~(1/2),TRS则呈先增后降的趋势,最大值3 498MPa。     

碳化钨基硬质合金的抗蚀性

在耐蚀硬质合金中,WC基硬质合金占有很大比重,因此研究该类合全的耐蚀性是很有必要的。本文就WC基硬质合金在酸、碱中的抗蚀性及其与粘结相含量、成分以及合金中的石墨、η₁相等的关系进行了研究。并在此基础上,对低粘结剂含量的硬质合金的活化烧结进行了探讨。WC基硬质合金的耐蚀性,主要由粘结剂的抗蚀性所决定,并与其含量相关。以Ni、Mo、Co、Cr为粘结剂的合金的抗蚀性远远优于WCCo类合金。WC基硬质合金的抗蚀性与WC相晶粒尺寸及少量异种碳化物(Cr₃C₂、Mo₂C)、合金中的石墨和η₁相的存在有关。具有较好耐蚀性的低粘结剂硬质合金,可以采用化学混合制取复合粉末、强化球磨、活化烧结的工艺制备。WC-Ni·Mo·Co·Cr系硬质业合金是制作圆珠笔球的理想材料。     

制粉工艺对超细硬质合金力学性能的影响

系统研究了机械球磨、分散剂分散和超声震荡三种原始粉末混合方法对WC基硬质合金烧结试样力学性能的影响。结果表明,PEG分散法制备的硬质合金致密度最低,超声震荡法制备的合金致密度最高且力学性能最好:致密度97.8%、维氏硬度21.47 GPa、断裂韧性11.2 MPa·m~(1/2)、抗弯强度1 123.6 MPa、晶粒尺寸258 nm。     

HfN含量对ZrB2基陶瓷材料微观组织和力学性能的影响

以HfN为增强剂、Ni为金属添加剂, 通过真空热压烧结工艺制备了ZrB₂-HfN陶瓷材料, 研究了HfN含量(质量分数)对ZrB₂基陶瓷材料微观组织和力学性能的影响。结果表明: 随着HfN质量分数从5%增加到15%, ZrB₂-HfN陶瓷材料的硬度和抗弯强度先增大后减小, 而断裂韧度逐渐增大; 当HfN质量分数为15%时, ZrB₂-HfN陶瓷材料的断裂模式为穿晶断裂与沿晶断裂共存; 当HfN含量为10%时, ZrB₂-HfN陶瓷材料具有较好的综合力学性能, 其硬度、抗弯强度和断裂韧度分别为: (16.47±0.24) GPa、(734.48±25) MPa和(5.37±0.20) MPa·m 1/2。