化学气相法低温合成纳米WC-Co-VC粉体

利用H2／C2H2混合气体在850℃下还原碳化高表面活性的纳米WO3（CoO,V2O5）先驱粉体,合成了平均粒度为20～50nm的WC-Co-VC复相粉体。制备过程分3步完成：制备先驱体溶液、合成超细WO3（CoO,V2O5）粉体及其还原碳化过程。当温度低于800℃时,还原碳化产物为WC,W2C,W,VC和Co3W3C的混合物。高于900℃的温度下,先驱体完全碳化为六方WC、立方Co和立方VC的纳米复相粉体。结果表明,WO3（CoO,V2O5）先驱体在H2／C2H2气流下的还原碳化行为与其初始结晶状态、碳化温度、气流速度等工艺参数密切相关。     

机械与热综合活化法制备超细WC-Co粉末

研究了WO3、Co3O4和石墨混合粉末经高能球磨活化后再分步进行还原和碳化反应制备超细WC-Co粉末的过程.结果表明:球磨30 h后,粉末粒径达到70～100 nm.450～700℃温度范围内球磨粉在流动H2和Ar混合气体中经2 h还原时,随着还原温度的升高,WO3还原反应顺序为WO3→WO2.9→WO2.72→WO2→W,700℃时可实现完全还原;Co3O4在450℃完全还原为Co,随着温度的进一步升高和时间的延长,Co与W反应转变为Co3W;最终还原产物由W、Co、Co3W和石墨组成;在700～1 000℃温度范围内还原粉在流动Ar中碳化时,随着碳化温度的升高,碳化反应按W(Co3W)→Co6W6C→Co3W3C→W2C→WC的顺序进行,在900℃下还原粉在2 h内可完全碳化,得到WC颗粒尺寸约为200～300 nm的WC-Co复合粉末.     

超细Cr_3C_2粉末的制备

将CrO3溶解于有机溶液中,通过喷雾干燥制得非晶态含铬的粉末前驱体,将前驱体粉末真空还原/碳化后得到超细Cr3C2粉末。采用X射线衍射仪﹑扫描电镜对工艺过程进行分析,分析结果表明:前驱体为10μm～20μm非晶态球形粉末,在真空中当温度升高到400℃时,前驱体粉末开始分解,生成微晶Cr2O3。当温度升高到550℃时,微晶Cr2O3迅速长大,前驱体粉末全部转变为Cr2O3与游离C原子级别混合均匀的复合粉末;温度升高到1150℃时得到碳化完全的Cr3C2粉末,粉末的一次颗粒粒度为0.5μm左右。     

超细WC-Co硬质合金复合粉末的研究进展

超细硬质合金因其高强度、高硬度、高耐磨性等优良性能满足了现代工业的发展,而制备超细WC-Co硬质合金关键技术之一在于原料粉末的制备。近年来,研究人员开发了多种超细WC-Co复合粉末的制备技术,有利于制备出具有超细结构的WC-Co合金材料。本文介绍、归纳了目前国内外直接还原碳化法、化学沉淀法、机械合金化法、喷雾转化法的制备超细WC-Co复合粉末工艺及研究成果,其中喷雾干燥法和直接还原碳化法已在硬质合金行业中实现部分产业化,具有诱人的应用前景。     

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。     

纳米晶WC-6Co复合粉合成及特性研究

使用喷雾转化、煅烧和原位还原碳化技术制备了纳米晶WC-6Co复合粉末。通过XRD研究相组成发现,经过喷雾转化处理后粉末为无定形相、经煅烧后的粉末为WO3与Co3O4相、经还原碳化工艺后的物相是WC与Co相;由于Co对碳化过程的催化作用,将煅烧后的粉末置于氢气气氛中加热至900度还原碳化1个小时,即可将粉末碳化完全,制备出WC与Co相共存的纯净复合粉。文章还研究了还原碳化温度（700-900 ℃）对粉末相组成的影响,并通过SEM和HRTEM观察粉末形貌与微观组织。结果表明：制备的粉末具有球形结构,WC晶粒约0.36 μm,亚晶尺寸约为56 nm,说明WC晶粒是多晶体。同时发现粉末中的WC单颗粒被Co相互粘结在一起,且在WC与WC颗粒的接触部位发现存在烧结颈。文章还讨论了复合粉球形结构的形成过程和机理。     

超细（W，Ni，Fe，Y）复合粉末制备过程中稀土Y的物相形态变化

采用溶胶-喷雾干燥-氢还原法制备稀土Y含量分别为0,0.4%,5%,10%和20%的超细（W,Ni,Fe,Y）复合粉末,采用XRD研究煅烧温度和还原温度以及稀土Y含量变化时复合粉末体在制备过程中的相结构变化规律。结果表明：喷雾干燥前驱体随煅烧温度的升高渐渐从非晶体向复合氧化物晶化转变,添加稀土Y的粉末前驱体经煅烧后,Y与W形成复合氧化物Y2W3O12,且稀土Y可以有效地抑制粉末颗粒长大;随着Y含量的增加,Y和W的复合氧化物明显增加,Y2W3O12在700 ℃才能被还原成低氧复合氧化物相;含5%稀土Y粉末中的Y2W3O12被还原生成新相Y2WO6;当稀土Y增加到10%以上时,不仅生成Y2WO6,还生成另一种新相Y6W2O15。     

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。     

以石墨烯为碳源的硬质合金制备与性能研究

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,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。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,得到平均晶粒尺寸为~290nm的超细晶硬质合金块体材料,具有硬度值HV30为1387.7±13.1kg/mm2,断裂韧性KIC值为8.3±0.1MPa?m1/2的良好力学性能,通过HRTEM观测得到试样中WC/WC晶界、WC/Co相界、WC/C相界具有很高的匹配度。     

超细硬质合金晶粒生长抑制剂VC、Cr_3C_2作用机理的研究

本文以液相复合-连续还原碳化方法制备的掺杂有VC和Cr3C2抑制剂的纳米复合WC-10Co粉末为原料,采用真空烧结+低压处理的工艺制备超细WC-10Co硬质合金,运用原子力显微镜(AFM)和场发射扫描电镜(FESEM)确定VC和Cr3C2抑制剂在硬质合金中的分布,讨论其抑制晶粒生长的机理。一部分VC、Cr3C2抑制剂吸附在WC晶粒表面形成30nm～50nm的沉淀物,降低WC晶粒的表面能;一部分VC、Cr3C2溶解在Co相中,降低WC在液相中的溶解度;其余VC、Cr3C2沉积在WC晶界,从而有效地抑制WC晶粒的长大。