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).     

超细/纳米晶无黏结相WC硬质合金的研究进展

无黏结相WC硬质合金（Binderless tungsten carbide,BTC）因具有传统硬质合金无可比拟的优异耐磨性、抗腐蚀性、极佳的抛光性和抗氧化性,在耐冲蚀、高耐磨的工具、精细刀具以及石油、页岩气开采等领域有很好的应用前景。超细/纳米晶BTC制备的关键问题之一是如何控制WC晶粒的长大,本文从超细/纳米WC粉末的制备技术、BTC材料成分设计及成型工艺和烧结技术等方面对超细/纳米晶BTC的相关研究成果进行综述,强调了原料WC粒度、第二相化合物添加、先进成型工艺和烧结技术在BTC致密化过程中的关键作用,对比了不同成分体系、不同烧结工艺下超细/纳米晶BTC材料的性能差异;指出超细/纳米晶BTC制备过程中存在的主要问题为致密化和强韧化,可通过已开发的多种先进烧结技术及第二相增强增韧技术来解决,但尚未实现工业化应用;最后,阐明了超细/纳米晶BTC的发展趋势为在低温低压下获得更细的致密烧结体。     

WC-Co复合粉末的原位合成及于硬质合金涂层制备中的应用

目的为解决超细/纳米WC-Co热喷涂时易于脱碳等瓶颈问题,制备具有高的硬度、断裂韧性、耐磨性和表面质量等优异综合性能的超细及纳米结构硬质合金涂层,并推广其在工业领域中的应用。方法以原位合成技术批量制备的超细/纳米WC-Co复合粉末为原料,利用团聚造粒技术制备得到具有高球形度和致密性,并保持原有超细/纳米结构的喷涂喂料粉末,利用超音速火焰喷涂工艺制备低脱碳、高致密的超细结构WC基涂层。结果降低喂料粉末孔隙度可有效减少涂层中W2C等脱碳相的含量,在优化工艺下制备的超细结构WC基涂层的硬度达到1450HV0.3以上,韧性相对于常规微米结构涂层提高40%以上,在两种载荷和磨料条件下均表现出更高的耐磨性。结论利用原位反应技术批量合成的超细/纳米WC-Co复合粉制备的硬质合金涂层具有优良的综合性能,可应用于对涂层的硬度、耐磨性、强韧性配合和表面质量有较高要求的工况。     

微量钴对无金属粘结相WC硬质合金烧结致密化与WC晶粒生长行为的影响

采用Cr3C2、VC掺杂超细WC为原料和无压真空烧结工艺,通过合金微观组织结构的观察与分析,研究了添加质量分数为0.3%的Co对无金属粘结相WC硬质合金烧结致密化与WC晶粒生长行为的影响。结果表明,微量Co的存在加速了WC的烧结致密化过程,与此同时也导致了WC晶粒明显的各向异性非连续晶粒长大。在上述研究基础上,提出了一种无金属粘结相WC硬质合金的低成本制备工艺,探讨了超细硬质合金中WC晶粒生长机制,提出了超细硬质合金的质量改进建议。     

激光熔覆添加纳米WC/Co合金粉末涂层的组织与抗裂性能

利用CO2激光宽带熔覆技术在45钢表面制备了添加纳米WC/Co-Ni基、WC/Co-Fe基熔覆层.用SEM、EDS、XRD进行观察和分析,对比研究了添加纳米WC/Co-Ni基、WC/Co-Fe基熔覆层的形貌、组织结构、强化相的形状及其分布.结果表明,Ni基熔覆层中物相主要为黑色(Fe,Ni)、B2Fe3Ni3基体上分布着WC、Cr2Fe14C等白色的碳化物相,而Fe基熔覆层中的白色碳化物相中有W2C、Fe3W3C.在优化的工艺参数下,通过连续控制微观结构要素,可以实现成分、组织的变化,获得无气孔、无裂纹的熔覆层.采用EVANS压痕法测得喷焊Ni基WC/Co复合陶瓷涂层断裂韧度K1C的平均值为9 MN·m-3/2,而在现有维氏硬度计最大载荷50 kg的情况下,激光熔覆添加纳米WC/Co合金粉末涂层得到的熔覆层仍无裂纹出现,证实了激光熔覆添加纳米WC/Co合金粉末涂层的抗裂作用.     

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。     

超细晶硬质合金的发展

综述国内外近年来以 WC为基以 Co、Ni为粘结相的超细晶硬质合金的研究成果。介绍了添加限制 WC晶粒长大的抑制剂的种类、数量和加入时机、方法对合金的组织和性能的影响 ,以及与此相关的碳含量、粘结相含量、烧结温度和 HIP处理对其组织和性能的影响。同时 ,介绍了抑制剂限制 WC晶粒长大的机理。     

球磨时间对无粘结相超细硬质合金组织及性能的影响

采用传统粉末冶金方法在1 850℃真空烧结条件下制备了无粘结相超细硬质合金,研究了球磨时间对无粘结相超细硬质合金组织及性能的影响。结果表明:球磨时间对无粘结相超细硬质合金组织及性能有显著的影响,延长球磨时间有助于合金的烧结致密化,降低烧结体孔隙度;而延长球磨时间对合金WC平均晶粒度和粒度组成影响不明显;在WC粉末配碳量不足时,烧结后的合金中产生W_2C相,并且W_2C相含量随着球磨时间的延长而逐渐增加;随着球磨时间的延长,合金的硬度(HV_(10))先增加然后趋于稳定,合金的断裂韧性随球磨时间的变化不明显。当球磨时间为84 h时,合金的综合性能最佳,维氏硬度(HV_(10))为2 590 kg/mm~2,断裂韧性为6.7 MPa·m~(1/2)。     

WC/Co纳米复合粉质量特性的研究

本文探讨了喷雾转换法制备WC/Co纳米复合粉的生产工艺特点、粉末的物理化学特性以及在超细合金中的应用效果。各方面的实验数据表明:WC/Co复合粉中WC碳化完全、粒度细而均匀,钨钴元素达到分子级均匀混合,Co对WC形成纳米级包覆,粉末颗粒外形多呈球状,球体由部分合金化的WC/Co粒子聚合而成,粒子之间存在明显的烧结颈,其亚晶尺寸在100nm以下。复合粉经强化球磨后制取的超细合金较传统工艺制备的合金的WC相晶粒更加均匀,具有更好的物理力学性能和更高的使用寿命。即使不添加抑制剂,复合粉制备的合金仍具有晶粒细而均匀的特点。     

超细结构WC-η涂层的制备及其耐熔锌腐蚀性能

以钨氧化物、钴氧化物和炭黑为原料,采用创新的原位反应技术快速合成超细WC-η复合粉,在优化的工艺条件下制备复合粉中只含有WC和Co6W6C相,粉末平均粒径为260 nm。复合粉经团聚造粒制备得到具有高致密性和良好流动性的热喷涂粉末,以此粉末作为喂料,利用超音速火焰喷涂技术制备得到超细结构的WC基涂层,其平均显微硬度(HV0.3)达到(14060±340)MPa,孔隙率仅约为0.3%。熔融锌腐蚀结果表明,制备的超细结构WC基涂层具有良好的耐熔锌腐蚀性能,其腐蚀机制主要是锌液沿微裂纹扩散导致涂层自表层向内部出现缓慢的溶解腐蚀,并逐渐形成贯穿性裂纹而引起涂层材料的大块剥落。     

WC基硬质合金刀具材料研究进展

WC基硬质合金是目前使用的主要刀具材料之一。在对WC基硬质合金刀具进行简单概述的基础上,介绍了WC基硬质合金刀具材料种类及发展现状,重点阐述了WC基硬质合金刀具材料黏结相的研究进展,为新型WC基硬质合金刀具材料的研发和制备提供参考。      

碳化钨/金属间化合物硬质合金的研究进展

对目前国内外以金属间化合物Ni3Al、FeAl、Fe3Al为粘结相的碳化钨基硬质合金的制备方法和性能特点进行了综合评述,重点介绍了硬质合金国家重点实验室在以Ni3Al为粘结相碳化钨基硬质合金方面的最新研究成果及应用情况。结果表明:均匀细小的金属间化合物预合金粉末的制备以及适当控制界面反应是粉末冶金法制备碳化钨/金属间化合物硬质合金的有效方法。碳化钨/金属间化合物硬质合金的研究方向应集中在界面问题、金属间化合物粘结相的韧化、制备工艺和综合性能评价体系的建立等几个方面。     

粗晶硬质合金的研究进展

随着粗晶硬质合金的应用越来越广泛,对粗晶硬质合金的相关机理以及制备方法的研究越来越受到重视。本文概述了粗晶硬质合金在使用过程中的裂纹扩展应力松弛、WC塑性变形增强、钴相平均自由程增加、抗热效应增强等几种强化机理,综合分析了国内外在粗晶硬质合金制备技术方面的研究现状,重点介绍了轻度球磨法、钴相包裹法、纳米粉末溶解-再沉淀法等混合料制备方法和烧结工艺方面的研究进展。提出了粗晶硬质合金的研究及发展方向--研究评估粗晶硬质合金性能的指标体系以及开发先进的制备工艺。     

WC-based composite coatings prepared by the pulsed gas dynamic spraying process: Effect of the feedstock powders

WC-based cermet coatings are typically produced using the HVOF process, due to high particle velocity and the lower heating characteristic of this technique. Despite the effort of optimisation of the coating process, degradation of the feedstock materials such as decarburisation of WC and amorphization of the metallic phase still occurs. It is known that the coating properties do not depend only on the spray process and its parameters, but also on the feedstock powder characteristics such as its chemistry, carbide size, particle morphology and production method. The work presented here is part of a research program aimed at exploring the possible advantages of the Pulsed Gas Dynamic Spray (PGDS) process, as an alternative technique for the preparation WC-based cermet coatings. In this paper, WC-based coatings have been prepared using six different types of cermets powders. In order to study the effects of the feedstock powder on the coatings microstructures and hardness, the selected starting powders differed not only in microstructural features such as size and morphology but also in the chemistry and phases. Using different analysis technique (OM, SEM, XRD, and HV), a detailed comparison of powders and coatings microstructures, phase compositions, and hardness are presented and discussed in detail. It was found that the PGDS process preserves the microstructure of the starting cermet powders in such a way that no significant degradation of the phase composition, even those that show the pre-existence of complex carbides, has been observed. Furthermore, although the same spray parameters were used, the thickness, deposition efficiency, porosity, and micro-cracks within the coatings are different from one type of cermet to another, suggesting that PGDS optimum process parameters are material dependant.     

Disperse-strengthening by nanoparticles advanced tribological coatings and electrode materials for their deposition

Two types of electrode materials were developed using self-propagating high-temperature synthesis (SHS) and powder metallurgy: 1- composite with nanosized additives; 2- nanostructured cemented carbide WC-Co. Electrospark deposition (ESD) was applied to produce tribological coatings which were disperse-strengthened by incorporation of nanosized particles. Nanostructured electrodes of cemented carbides WC-8% Co provide increasing density, thickness, hardness, Young's modulus, and wear resistance of ESD-coatings. Positive effects of nanostructural state of the electrodes on the deposition process and structure/properties of the coatings are discussed. In that case the tungsten carbide phase becomes predominant in the coatings. A mechanism of the dissolution reaction of WC in Ni at the contact surface of the electrode was proposed. It was shown that formation of the coating structure is initiated on the electrode and accomplished on the substrate.     

片晶增韧硬质合金研究进展

本文分析总结了国内外在片晶硬质合金方面的研究成果。片晶WC的形成主要有两种方式,溶解-析出（再结晶）和通过在各种化学介质中片晶WC成核并长大。高度取向片状WC的制备是W颗粒尽可能被压成片状后,与石墨反应转化为高度取向的片状复式碳化物（CoxWyCz）聚集颗粒,再转化为片状WC。混乱取向的片状WC硬质合金可通过使用CoxWyCz＋C混合粉末进行制备。片晶WC硬质合金通过区域性微裂纹、裂纹偏转、裂纹分枝、裂纹龟裂及裂纹桥接等方式阻碍了裂纹进一步扩展,提高了合金断裂韧性。片晶硬质合金具有更为优异的室温力学性能和高温力学性能,在切削应用研究中也表现出了优异的耐磨性和抗崩刃性。但是,目前片晶硬质合金的生产工艺存在着碳含量难以控制以及烧结温度过高等的问题,限制了其产业化生产及应用领域。     

Consolidation and properties of ultrafine binderless cemented carbide by spark plasma sintering

Owing to the absence of metal binder, binderless cemented carbides have higher wear, corrosion, and oxidation resistance. WC-0.3VC-0.5Cr3C2 powders with an average particle size of 200nm and a little amount of active element were consolidated by spark plasma sintering. The sintered microstructure revealed that the average WC grain size was 0.24μm, which was almost consistent with the initial fine powder. The results of XRD showed that W2C phase was formed. Nearly complete densification of ultrafine binderless cemented carbide was achieved by sintering at 1400℃ for 120s under 50MPa. The resulting hardness and the fracture toughness were 28.18 GPa and 6.05MPa·m1/2, respectively.     

中国超细晶硬质合金及原料制备技术进展

超细晶硬质合金是WC晶粒度≤0．5μm的硬质合金,这类合金具有高强度和高硬度的优异性能。目前由超细晶硬质合金制备的高效刀具已经广泛用于航空航天、核能、汽车、发电设备、新能源和电子通讯等现代制造业。主要对中国超细晶硬质合金原料（例如超细碳化钨粉、钴粉、复合粉）和超细晶硬质合金制备技术、性能及表征方法作了系统的阐述。最后对超细晶硬质合金制备技术进行了展望。