碳化帆颗粒尺寸对纳米晶硬质合金组织和性能的影响

利用原位还原碳化反应制备纳米尺度的WC-Co复合粉体,应用放电等离子烧结(SPS)技术制备出纳米晶WC-Co硬质合金块体材料。分析了晶粒长大抑制剂碳化钒(VC)颗粒尺寸对纳米晶硬质合金的显微组织、晶粒尺寸及分布和力学性能的影响。结果表明:当VC的粒径减小到100 nm以下时,利用快速烧结技术可制备得到平均晶粒尺寸约为70 nm的致密WC-Co硬质合金块体材料,其物相纯净,晶粒尺寸分布均匀,维氏硬度为19.84 GPa,断裂韧性达到12.10 MPa·m1/2。     

VC和碳含量对超细晶硬质合金室温和高温性能的影响

以原位还原碳化技术制备的WC-8Co复合粉和VC粉末为原料,采用低压烧结技术制备出超细晶硬质合金。系统研究了VC添加量和复合粉中碳含量对硬质合金的相组成、显微组织、室温和高温力学性能的影响。结果表明:硬质合金的晶粒尺寸、硬度和断裂韧性主要受VC添加量的影响,且随VC添加量的增加呈单调变化;抗弯强度随VC添加量的变化趋势与碳含量有关;压缩强度随温度的变化呈现先降低后升高的趋势;当WC-Co复合粉的碳含量为5.60%～5.68%(质量分数)、VC添加量不超过0.5%时,可分别制备出室温抗弯强度为4482MPa和600℃下抗压缩强度为4914MPa的高综合性能的超细晶硬质合金。基于微观组织特征的分析,结合弹-塑性有限元模型对应力分布的模拟,对超细晶硬质合金力学性能的变化规律及影响机理进行了分析。     

含WB烧结硬质合金的组织结构和性能研究

将不同含量的WB粉末添加到传统成分的WC-Co粉末中,利用低压烧结技术制备了系列含WB的WC-Co型硬质合金,并对其物相组成、组织结构和力学性能进行了系统表征分析。研究发现,在低压烧结过程中WB与Co发生反应,生成了具有超高硬度的WCoB相,由此降低了粘结相Co对WC晶粒的隔离,增加了WC晶粒间的接触度,引起合金韧性下降。添加WB制备的硬质合金材料其摩擦系数更低,随WB添加量的增加,硬度和耐磨性明显提高,当WB添加量为30%(质量分数)时,制备的硬质合金材料的硬度达到19 000 MPa,其磨损速率仅为传统WC-Co硬质合金1/10。然而,添加WB的WC-Co合金的断裂韧性约为传统WC-Co硬质合金的83%~91%。     

复合添加晶粒长大抑制剂对WC-Co复合粉烧结硬质合金的影响

在超细WC-Co复合粉中复合添加不同含量的晶粒长大抑制剂VC和Cr3C2,利用X射线衍射仪分析粉末及硬质合金的物相组成,通过扫描电镜和透射电镜观察硬质合金的形貌,研究不同含量的晶粒长大抑制剂对硬质合金的显微组织和力学性能影响规律。结果表明:随着晶粒长大抑制剂的增加,晶粒异常长大现象消失,晶粒细小均匀;同时发现在WC-Co复合粉中VC的增加可以快速提高硬质合金的硬度,而适量的Cr3C2可以有效提高硬质合金的横向断裂强度。     

纯相低氧纳米WC-Co复合粉的制备

以紫钨、四氧化三钴、炭黑为原料,在高真空度条件下利用原位反应合成技术制备出物相纯净、平均粒径约为80 nm的WC-Co复合粉。研究了制备工艺参数对纳米复合粉相组成、粒径、氧含量及最终烧结硬质合金块体材料组织性能的影响。结果表明,纳米复合粉中氧含量较高时,会导致后续烧结过程中发生脱碳反应,使烧结制备的块体材料致密度和力学性能明显下降。将纳米复合粉在800℃下真空热处理2.5 h可有效降低粉末中的氧含量,同时热处理后的粉末颗粒无明显长大,平均粒径为85 nm。向复合粉中加入1.1%TiC与0.9%VC进行SPS烧结,烧结块体平均晶粒尺寸为105 nm,且尺寸分布均匀,致密度达99%以上,硬度(HV30)为21 450 MPa,断裂韧性达到9.81 MPa·m~(1/2)。     

再生WC-Co复合粉及高耐磨性硬质合金涂层的制备

以WC-6Co废旧硬质合金块体和Co_3O_4粉末为原料,采用氧化-还原碳化法制备再生WC-12Co复合粉,将复合粉经过造粒和热处理制备再生热喷涂喂料,进而采用超音速火焰喷涂(HVOF)制备再生WC-Co硬质合金涂层,比较再生硬质合金涂层和商业购买热喷涂喂料制备涂层的显微组织、耐磨性及其机制。结果表明:当配碳量为16.70%(质量分数)时,再生复合粉的碳含量适中;制备的再生热喷涂喂料由WC和Co相组成,热喷喂料球形度好,粒径分布均匀,平均粒径为23μm;再生WC-12Co硬质合金涂层的结构致密,WC晶粒尺寸分布均匀。与商业化热喷涂粉制备涂层显微组织和性能相比,再生涂层的磨粒磨损性能明显优于商业喷涂粉制备涂层的,其根本原因是两者的磨损机制不同。     

一步还原包裹粉工艺制备WC-Co超粗硬质合金

以费氏粒度为4.1μm的WC粉末和CoCl_2·6H_2O、(NH_4)_2C_2O_4·H_2O为原料,将钴粉制备过程与粉末混合过程相结合,一步还原制备WC-Co包裹粉,并以包裹粉为原料成功制备了WC-8%Co(质量分数)超粗硬质合金。借助扫描电镜、X射线衍射仪、化学元素分析仪、力学试验机等分别对WC-Co复合粉末及硬质合金的微观形貌、物相组成和性能进行表征与分析。结果表明,一步还原法制备的WC-Co包裹粉末中,Co为fcc和hcp双相结构,Co相呈树枝状包裹在WC粉末表面。由该包裹粉制备的硬质合金组织结构均匀,综合性能优异,合金平均晶粒尺寸为8.9μm,密度14.63g·cm~(-3),硬度87.6HRA,抗弯强度2438 MPa,断裂韧性20.92 MPa·m~(1/2)。一步还原包裹粉工艺克服了传统湿磨工艺混料过程中WC粒度显著减小的问题,晶粒度可控性好,且工艺流程简单,有潜在的工业应用价值。     

氧化-还原碳化法回收再生高性能硬质合金的研究

以废旧WC-Co硬质合金为原料,采用氧化和原位还原碳化的短流程方法合成再生WC-Co复合粉末,随后对再生复合粉低压烧结得到再生硬质合金。利用XRD、SEM和TEM等对再生复合粉和再生硬质合金的物相和显微组织形貌进行观察和分析,系统研究了原料粉末中配碳量对再生复合粉和再生合金的物相组成和力学性能的影响。配碳量为16.60%时制备的再生WC-16%Co(质量分数,下同)硬质合金的断裂韧性为24.80 MPa·m1/2、横向断裂强度达到3860MPa,并且分析了再生硬质合金的显微组织与性能之间的关系。     

原位合成复合粉制备超细WC-Co硬质合金

以偏钨酸铵、可溶钴盐、可溶碳源为原料,经喷雾转化、煅烧、低温还原碳化制备超细晶WC-Co复合粉;采用同样成分配比及工艺,在煅烧后增加短时球磨工艺,制备出另一种超细晶WC-Co复合粉;分别以2种复合粉为原料,用放电等离子直接烧结制备超细WC-Co硬质合金。采用SEM、XRD、钴磁仪、矫顽磁力计、维氏硬度计等对复合粉形貌、合金显微组织与性能进行表征分析。结果表明,未短时球磨的粉末呈现出球形结构,WC颗粒被Co相粘结在一起,可观察到烧结颈并有异常长大晶粒,经过短时球磨工序制备的粉末为分散颗粒,2种粉末中Co相同时以fcc与hcp的结构存在,粉末WC晶粒尺寸约为0.26μm;未短时球磨的粉末制备的合金存在少量孔隙,致密度较低,有异常长大晶粒。短时球磨能有效提高粉末颗粒的分散性,减少烧结体中的显微组织缺陷,制备的合金综合性能得到提高。     

高性能再生硬质合金的短流程回收制备

以WC-16%Co(质量分数)废旧硬质合金块体为原料,采用氧化-原位还原碳化的方法对其进行回收制备再生WC-16%Co复合粉,并对再生复合粉进行低压烧结制备再生硬质合金块体材料.通过热力学计算确定氧化物粉末和炭黑发生原位还原碳化反应的温度范围,采用实验方法系统研究了原料粉末中配C量对再生复合粉和再生硬质合金的物相组成、力学性能等的影响,并对再生合金的显微组织与性能的关系进行了分析.结果表明:随着原料粉中配C量的增加,再生复合粉中的Co6W6C相逐渐减少,总C和游离C含量增加;当配C量为16.60%时,可制备出化学成分符合原生WC-16%Co复合粉要求的再生复合粉,经低压烧结可得到物相纯净,断裂韧性达到23.05 MPa·m1/2,横向断裂强度达到4020 MPa的高性能再生硬质合金;再生硬质合金的Co相分布是否均匀,对再生硬质合金的综合性能优良与否起到至关重要的作用.     

纳米Mg—Ni合金吸／放氢过程的热力学性能研究

采用机械合金化法制备了Mg-Ni合金粉末。用XRD及SEM等手段分析表征了球磨过程中的相和微观结构变化，测定了纳米Mg-Ni合金吸／放氢过程的热力学性能。结果表明，Mg-Ni合金粉末的尺寸在10nm-20nm之间；P-C等温线存在明显的坪曲线，坪宽较长。纳米Mg-Ni合金有较好的储氢性能，具有很好的工程应用价值。     

机械活化-反应热处理制备纳米晶WC-Co复合粉末的研究

以W、C、Co为原料粉末,经机械活化-反应热处理工艺制备纳米晶WC-Co复合粉末。实验发现活化粉末的固相反应具有以下特征:反应温度低,反应速度快。在800℃热处理时已有大量的WC生成。在850℃保温25minW2C就完成了向WC的转化。经900℃保温35min制备了晶粒尺寸为30.5nm的WC-Co复合粉末。     

Synthesis of Cr-doped APT in the evaporation and crystallization process and its effect on properties of WC-Co cemented carbide alloy

WC grain size has significant effect on WC-Co cemented carbide alloy properties. In order to inhibit WC grain growth during sintering process, grain growth-inhibitor Cr₃C₂ is usually added to tungsten carbide powder in advance through mechanical milling. While, homogeneous distribution of Cr₃C₂ in the tungsten carbide powder is difficult to achieve and result in abnormal growth of WC grains. For this purpose of growth-inhibitor uniform distribution, (CH₃COO)₃Cr is added into ammonium tungstate solution during evaporation and crystallization process to prepare Cr-doped APT powder, which can be used as precursor for ultrafine-grained WC-Co cemented carbide alloy preparation. Compared with conventional APT powder, the Cr-doped APT has smaller particle size and bulk density, moreover, chromium is evenly distributed within it. The Cr-doped APT is then used to produce Cr-doped tungsten powder, which also has smaller particle size than that of conventional tungsten powder. Cr-doped tungsten powder is subsequently prepared into tungsten carbide powder and WC-Co cemented carbide alloy through carbonization and sintering process, respectively. Compared with conventional WC-Co cemented carbide alloy, the obtained WC-Co cemented carbide alloy has smaller mean WC grain size (0.36 μm), and more uniform microstructure. Furthermore, the phenomenon of WC grain abnormal growth during sintering process is not observed, because the grain growth-inhibitor Cr₃C₂ is well dispersed in tungsten carbide and cobalt composite powder. Results show that the obtained WC-Co cemented carbide alloy presents better mechanical properties (HRA, bending strength, coercive force) than those of conventional WC-Co cemented carbide alloy. Accordingly, the novel addition of (CH₃COO)₃Cr during the evaporation and crystallization process is the key factor of ultrafine-grained WC-Co cemented carbide alloy production.     

纳米WC—Co复合粉的烧结特征

对纳米 WC— Co复合粉的烧结特征以及怎样充分利用这一特征来控制合金晶粒长大进行了介绍。指出 ,由喷雾转化法生产的纳米 WC— Co复合粉是一种预合金粉 ,它的烧结应该属于超固相线液相烧结范畴。与传统的液相烧结相比 ,超固相线液相烧结时 ,合金的微观结构和性能对烧结温度、工艺参数及合金成分更为敏感 ,因此必须对这些参数进行严格控制     

微晶/纳米金刚石复合涂层的沉积与表征

采用偏压增强热丝CVD(HFCVD)法,通过引入惰性气体Ar,在经过甲醇新预处理方法处理后的硬质合金衬底表面成功沉积了微晶/纳米金刚石复合涂层。对金刚石复合涂层的表面形貌、成分、表面粗糙度进行了分析和研究。研究结果表明:新的预处理方法能够提高金刚石薄膜与衬底之间的附着强度。Ar的引入使得金刚石薄膜二次形核率更高,颗粒也更加细小,纳米金刚石复合涂层不但具有高的附着强度,而且具有非常低的表面粗糙度。对于拓展纳米金刚石涂层在精密加工领域中的应用具有一定的作用。     

超细碳化钨钴复合粉末的合成

报导了超细碳化钨钴复合粉末的合成方法．作者用一种新的，可通用的，分步热解—热化学转化工艺成功地合成了超细碳化钨钴复合粉末，并用扫描电子显微镜，X射线衍射，透射电子显微镜和差热分析对超细碳化钨钴复合粉末及其中间产物进行了测试分析．结果表明，这种方法合成的碳化钨钴复合粉末具有良好的综合性能及超细的平均晶粒度（＜200nm）．     

金刚石薄膜与WC-Co硬质合金结合力的改善

利用SEM,XRD研究了Murakami溶液和H2等离子体处理对硬质合金表面形貌、物相结构的影响,并对硬质合金工具进行了复合金刚石薄膜涂层,采用压痕法和实际钻削实验检测了金刚石薄膜／基体间的结合力．结果表明,微米／纳米复合金刚石薄膜涂层分布均匀,具有低的表面粗糙度,Murakami溶液处理硬质合金可产生均匀的表面沟槽,其金刚石薄膜与基体间的临界载荷约为1．5kN,而用该方法制备的涂层钻头加工性能很差,H2等离子体处理促进了硬质合金基体表面的WC晶粒更加粗大、致密,其临界载荷超过1．5kN,用该方法制备的涂层钻头的加工性能优良。