火花等离子烧结技术制备的WC/Co纳米硬质合金

研究了火花等离子烧结工艺与YG10、YG12两种纳米硬质合金性能的关系.然后采用火花等离子烧结技术制备了硬质合金功能梯度材料,该材料由纳米WC/10%Co、纳米WC/12%Co、微米WC/15%Co混合粉以及不锈钢圆片烧结而成.显微硬度压痕显示该材料各层间的应力较小.     

用喷雾转化法制备的纳米晶粉末烧结的WC—10Co硬质合金的力学性能

研究了纳米晶WC－10Co硬质合金的力学性能和显著结构。这种纳米晶WC－10Co硬质合金粉末是将含有偏钨酸铵（AMT）和硝酸钴的溶液喷雾干燥制得的纳米晶前驱体粉末再经过还原和碳化制备的。直径约100nm的WC粉末与Co炽结相混合均匀，并在1毫乇压力和1375℃下进行烧结。为了与纳米晶料WC－10Co的显微结构和力学性能相比较，将直径范围为0．57－4μm的工业用WC粉末与Co粉混合，并在与纳米晶粉末相同的条件下进行烧结，在纳米晶WC－10Co硬质合金中加入不同量的TaC、Cr3C2和VC作为晶粒长大抑制剂。为研究WC－10Co硬质合金中Co粘结相的显微结构，以WC－10Co硬质合金烧结温度下制备了Co-W-C合金。WC－10Co硬质合金随着WC粒度的减小而增加的硬度因而符合霍尔－佩奇型关系式。WC－10Co硬质合金的断裂韧性随着Co粘结相的HCP（密排六方相）／FCC（面心六方相）比的增大（由于HCP／FCC相引起的）而提高。     

原料粉末粒径匹配对放电等离子烧结制备的超细WC-Co硬质合金性能的影响

采用亚微米WC粉和纳米Co粉以及亚微米WC粉和微米Co粉的混合粉末作为原料,利用放电等离子烧结(SPS)技术制备超细晶WC-10Co硬质合金.对比研究表明,以两种混合粉末为原料均获得了平均晶粒尺寸约为200 nm的超细硬质合金材料.其中,采用微米Co粉制备的材料的相对密度达到98.0%以上,硬度HRA达到94.5,断裂韧性达到13.50 MPa·m1/2,具有优良的综合性能;而采用纳米Co粉制备的硬质合金的组织均匀性和性能较差.根据SPS技术的烧结机理,对混合粉末的致密化机制进行了分析.     

EFFECTS OF SIZE COMBINATION AND CONTACTING STATE OF RAW POWDER PARTICLES ON SPARK PLASMA SINTERED ULTRAFINE CEMENTED CARBIDES

本文采用亚微米WC粉和纳米Co粉、亚微米WC粉和高能球磨后具有纳米晶组织的微米级Co粉这两种具有不同粒径匹配的混合粉末作为原料粉末，利用放电等离子烧结（SPS）技术制备超细晶WC-10Co硬质合金。对不同原料粉末的SPS过程及烧结试样的显微组织和性能进行了系统的对比分析。实验结果表明，以两种混合粉末为原料均获得了平均晶粒尺寸在200nm以下的超细硬质合金材料，其中，采用亚微米WC粉和高能球磨的微米级Co粉利用SPS技术制备的材料相对密度达到98%以上，硬度达到HRA94.5，断裂韧性达到13.50MPa•m1/2，表明具有优良的综合性能。而采用亚微米WC粉和纳米Co粉利用SPS技术制备出的超细晶硬质合金的组织均匀性和性能较差。根据SPS技术的特殊烧结机理，对采用不同粒径匹配和结合状态的WC和Co混合粉末的SPS致密化机制进行了分析。     

放电等离子烧结温度对纳米硬质合金性能的影响

采用放电等离子烧结(SPS)这种新的烧结技术制取92WC-8Co纳米硬质合金。主要就放电等离子烧结92WC-8Co硬质合金的烧结温度进行研究探索,对不同的烧结温度进行对比实验,以找出最佳的硬质合金SPS烧结温度。最终发现:1150℃为放电等离子烧结纳米92WC-8Co硬质合金的最佳烧结温度,在该温度下,硬质合金制品可达到14.88g/cm3的致密度,硬度可达到94.2HRA。     

放电等离子烧结纳米硬质合金的研究

采用放电等离子烧结 (SPS)和普通真空烧结两种烧结工艺烧结 92WC - 8Co纳米硬质合金。放电等离子烧结 ,在 115 0℃的烧结温度、4.5kN压力下保温 5min ,烧结体就完全致密 ,其合金中的WC晶粒度小于 2 0 0nm ,硬度可达到 94.2HRA。真空烧结达到完全致密 ,烧结温度需 140 0℃ ,保温时间 30min ,WC晶粒度为 (30 0 40 0 )nm ,硬度最高为 93HRA。结果表明 :放电等离子烧结硬质合金的温度显著降低 ,烧结时间大大缩短 ,有效地抑制了WC晶粒的长大。SPS还显著降低微孔等缺陷 ,制品性能也大大提高。     

超细WC—10Co硬质合金的显微结构与机械性能

本文对超细WC-10wt％Co-X硬质合金的机械性能进行了研究：通过喷雾干燥，用舍AMT和硝酸钴溶液来制取超细原始粉末，再用机械一化学工艺，将原始粉末还原和碳化成WC／Co粉末：直径大约为100nm的WC粉末与粘结剂Co均匀地混合，在n-已烷和球料比为5：1的条件下湿磨24小时，过后再干燥24小时，并在Imtorr压力下和1375℃二的温度下进行烧结：为了比较超细硬质合金的显微结构与机械性能，将直径为0．57μm～4μm的WC粉末与Co粉末进行混合，随后在1mtorr压力下和1375℃二的温度下烧结：添加不同数量的TaC、Cr3C2、和VC晶粒长大抑制剂到WC-10wt％Co超细硬质合金中，发现烧结后超细硬质合金中的Co相在WC晶粒的边缘快速产生：Hall-Petch类型关系说明WC—10wt％Co硬质合金的硬度是随着WC晶粒度的下降而增加，而抗弯强度则取决于Co粘结相中的溶解度。     

WC-Co硬质合金材料的纳米稀土改性

本文简要综述了哈尔滨工业大学纳米表面工程课题组最近十年来在硬质合金材料纳米改性方面的一些研究成果。稀土对硬质合金性能有明显的改善作用,但大多数研究都是在硬质合金中加入微米级的稀土。纳米表面工程课题组利用纳米材料的小尺寸效应、表面和界面效应等特征,通过向传统的WC硬质合金粉末料中(其中Co的质量分数为8%和11%)加入微量纳米级(50 nm)稀土改性剂进行强韧化改性,分别利用真空烧结和放电等离子烧结得到硬质合金块体。与现有的其它同成分硬质合金对比分析,纳米稀土改性后硬质合金的性能得到显著地提高,达到了既不提高很大成本又能提高使用性能的目的。     

表面硬质合金覆层的耐磨特性研究

对粉末烧结制备的WC—Fe／Ni／Co硬质合金覆层材料，在MPX-2000型盘销式摩擦磨损试验机上进行了无润滑的摩擦磨损试验。结果表明，WC—Fe／Ni／Co硬质合金覆层材料组织致密、细小、硬质相分布均匀，界面结合良好，具有较高的硬度和耐磨性。磨损的产生是硬质相的剥落引起的。     

专利介绍

放电等离子原位合成WC硬质合金方法；梯度组成烧结合金以及制造方法；快速制备MoSi2基复合材料粉末及其烧结体的方法；陶瓷颗粒增强铝基纳米复合材料的制造方法；纳米氮化铝／纳米铝双纳米复合材料的制备方法。[编者按]     

放电等离子烧结制备超细WC基硬质合金

采用纳米碳化钒(V8C7)粉末作为晶粒抑制剂及放电等离子烧结(SPS)方式制备超细WC基硬质合金.X射线衍射结果表明:超细WC基硬质合金主要由WC和Co3C两相组成,随着温度的升高,WC的衍射峰逐渐向小角度偏移.扫描电镜结果表明:SPS和纳米V8C7粉末对超细WC基硬质合金的微观组织具有重要影响.SPS使超细WC基硬质合金在较低温度下(1200℃)实现致密化;纳米V8C7粉末可以有效抑制超细WC基硬质合金中WC的晶粒长大,1200℃时WC的晶粒尺寸约500 nm.力学性能结果表明:1200℃时超细WC基硬质合金具有较高的性能(相对密度99.5%,洛氏硬度93.2,断裂韧性12.5 MPa·m1/2).     

纳米WC/Co经激光烧结后的晶粒再细化

采用激光烧结技术对纳米WC／Co,粉末进行了非平衡烧结的韧步研究,通过X射线衍射分析和透射电镜显微分析(TEM）,发现激光烧结不仅能够保持纳米WC／Co为纳米晶结构．还可望使纳米WC晶粒进一步细化。如原纳米尺寸平均为150nm的WC／Co,经一定功率密度的激光烧结后(激光功率为1000-1600W,扫描速度为2-2.5m/min),其晶粒平均尺寸变为30～45nm。     

热等静压硬质合金的性能

HIP处理WC－6％Co、WC－11％Co等合金降低了合金的孔隙度,提高了合金的密度;减少了合金强度性能的波动范围,对获取优质硬质合金材料有重大实际意义。同时指出当烧结合金密度达到某一临界值时,合金无需包套可直接进行HIP处理。     

WC-10%Co合金烧结过程中组织演变与矫顽磁力变化

利用矫顽磁力研究了两种不同WC粒度的WC-10%Co合金在烧结过程中组织演变。合金在1 200～1 450℃之间5个不同温度进行烧结,研究了不同温度下孔隙收缩、液相迁移、组织均匀化以及矫顽磁力变化。发现烧结过程中硬质合金组织分布经历了相对均匀到不均匀再到均匀的过程,与此同时合金的矫顽磁力经历了降低、升高再降低的过程,并且WC粒度越细的合金该现象越明显。实验结果表明合金组织越均匀其矫顽磁力越高。建立了优化的硬质合金矫顽磁力模型,模型表明硬质合金矫顽磁力由Co的磁畴以及WC/Co界面面积决定,而WC/Co界面面积受WC粒度和Co分布的影响。该模型可以很好的解释组织均匀性与矫顽磁力之间的联系。     

以石墨烯为碳源的硬质合金制备与性能

以N-甲基吡咯烷酮分散的石墨烯代替常规的冶金炭黑作为碳源,采用短流程原位还原碳化反应制备出纳米晶WC-Co复合粉末。采用放电等离子烧结系统对复合粉末进行快速烧结致密化。结果表明,石墨烯作为碳源可显著降低原位还原碳化反应温度,复合粉末粒径细小且分布均匀。得到的超细晶硬质合金块体材料平均晶粒尺寸约为290 nm,HV_(30)硬度值为13.877±0.131 GPa,断裂韧性KIC值为8.3±0.1 MPa·m~(1/2)。通过HRTEM观测表明,试样中WC/WC晶界、WC/Co相界、WC/C相界具有很高的匹配度。     

等离子球磨技术在制备WC-Co硬质合金中的应用

本文简述了高强韧WC-Co硬质合金的发展方向,介绍了等离子球磨新技术的基本原理和方法,总结了近年来基于等离子球磨技术的"碳化烧结一步法"在制备高性能WC-Co硬质合金中的进展。等离子球磨制备硬质合金表现出3点优势:(1)显著提高了W与C反应的活性,极大地降低了WC的合成温度,有望采用"碳化烧结一步法"制备WC-Co硬质合金,简化制备工艺流程,实现节能降耗;(2)等离子球磨有利于形成板状结构的WC晶粒,并且能够较方便地控制WC的形态,为设计和调控WC-Co硬质合金的组织创造了很大的空间;(3)利用等离子球磨方法制备WC-Co硬质合金适于普通烧结的规模生产技术,所得到的材料具有优异的强韧力学性能。     

Ni3Al添加量对WC-Co硬质合金中WC晶粒形状的影响

采用粉末冶金制备技术,以粗WC粉末、Co粉和WC＋Ni3Al预合金粉末为原料制备出WC-40vol％（Co—Ni,Al）硬质合金。利用扫描电镜和透射电镜研究了不同NbAl含量对WC-40vol％（Co—Ni3Al）硬质合金中WC晶粒形状的影响规律。结果表明：W在Co粘结相中的固溶度接近25．4wt％,而W在Ni,Al粘结相中的固溶度接近9．5wt％,随着NbAl含量的增加,粘结相对W的固溶度减小,合金中的WC晶粒圆钝和细小;WC晶粒表面上出现明显的台阶。相应的,延长烧结时间,WC—Co—Ni3Al硬质合金具有与WC—Co硬质合金相同的WC生长行为,WC-40vol％（Co—Ni3Al）硬质合金中的WC晶粒表面上的台阶处出现明显的刻面。     

纳米硬质合金的弹性模量（英文）

本文的研究目的是获得纳米晶WC-Co硬质合金的弹性模量,并分析其弹性模量不同于常规微米硬质合金的原因。采用放电等离子烧结(SPS)方法制备纳米晶硬质合金,分别采用SPS烧结和低压烧结(sinter-HIP)制备常规微米晶硬质合金。烧结试样的显微组织和WC晶粒尺寸采用X射线衍射技术、扫描电镜、透射电镜及旋进电子衍射技术进行表征。弹性模量采用纳米压痕技术中的连续刚度法进行测量,并取其稳定区域的平均值得到。结果表明,与SPS制备的微米级硬质合金相比,纳米晶WC-Co硬质合金的弹性模量较小,可能与界面含量增多和放电等离子烧结过程的快速加热和冷却造成合金钴相中hcp-Co含量增多有关。     

场活化烧结无粘结剂亚微米碳化钨的固结和性能

介绍了短时间内纳米结构WC硬质材料的快速烧结，关键集中在该电火花等离子烧结工艺的制取潜能。这种工艺的优点在于在纳米结构材料中制品可很快致密，接近理论密度，并抑制晶粒长大。相对密度高达97．6％的致密的纯WC硬质材料是在60MPa压力及2800A电流下2分钟内生产出来的。     

传统和微波工艺制取的WC／Co复合材料的TEM显微结构检测

近来，在陶瓷制品、复合材料和金属制品的微波加工领域取得了显著的发展和进步。在工业产品方面，现研究出了WC／Co硬质合金零件的微波烧结工艺。据报道，用微波工艺烧结的WC／Co零件表现出了比标准零件更加优越的性能。另外，微波工艺生产周期只需传统工艺的十分之一。实验室试验证明，微波加工的WC／Co零件的耐腐蚀性和抗冲击性比含有相同成分的传统零件高好几倍。扫描透射电镜检测显示，传统和微波烧结的WC／Co样品在钴粘结相的化学特性方面存在着明显的差异。据说，微波烧结零件的机械性能归因于WC晶界出现的纯钴相，而传统烧结零件表明Co相实际是一种含W的中间合金。