VC添加量对纳米晶硬质合金的制备及性能影响

以钨钴氧化物、炭黑和VC为原料,采用原位还原碳化法制备WC-Co复合粉末,将复合粉末进行放电等离子烧结致密化制备WC-Co硬质合金块体材料。研究了不同VC添加量的复合粉末和块体材料的相组成、显微组织和性能,结果表明:VC的添加量对复合粉末的相组成、合金的晶粒尺寸和性能具有重要的影响,原料中添加2.0%VC(质量分数)时可获得平均晶粒尺寸为101 nm,相组成仅为WC和Co且具有高硬度和良好韧性的硬质合金块体材料。     

WC-Co硬质合金特征晶面分布的研究

采用不同温度进行原位还原碳化反应制备纳米粒径的WC-Co复合粉末,进而利用放电等离子烧结技术进行快速致密化,制备得到致密的纳米晶硬质合金块体材料。系统的检测分析表明,低温下反应制备的以缺碳相为主相的复合粉经烧结致密化后块体试样存在WC晶粒高度取向分布的特征,其中,(0001)面在垂直于压力方向上面积分数达到40%,在平行于压力方向上(0001)面的面积分数仅为10.72%。与之对比,在高温反应制备的复合粉末烧结制备的块体试样中,没有出现特征晶面分布的各向异性。     

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。     

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)。     

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。     

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。     

纳米晶WC-Co硬质合金中WC晶粒度的评价方法

在改进的传统金相样品制备和Murakami侵蚀剂化学腐蚀条件下,场发射扫描电镜在10万倍放大倍率下可获得衬度良好、WC晶粒轮廓清晰的二次电子图像。用截线法定量测定了纳米晶WC-Co硬质合金中WC晶粒度,结果表明:在适当的工艺条件下,添加微量新型VC基复合晶粒生长抑制剂可获得纳米晶硬质合金:WC平均晶粒尺寸50nm,标准偏差14nm,最大晶粒尺寸110nm。     

脉冲放电烧结纳米WC-10%Co粉

以喷雾转化工艺(SCP)制备的纳米WC-10％Co(质量分数)粉为原料，应用脉冲放电烧结方法(EDC)制备出平均晶粒尺寸为120am左右的超细晶WC-Co硬质合金，并对样品的微观组织结构与力学性能进行了分析．结果表明，EDC方法极短的烧结时间是抑制晶粒长大的重要原因．除裂纹桥联机制外，弥散分布的小孔隙对提高WC-Co硬质合金的断裂韧性也起到重要作用。     

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。     

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。     

直接碳化与煅烧-碳化工艺对WC-Co复合粉性能的影响

以偏钨酸铵、醋酸钴、裂解碳为原料,配置成料浆,通过喷雾干燥-氢气还原碳化(简称直接碳化法)和喷雾干燥-氮气煅烧-氢气还原碳化(简称煅烧-碳化法)制备WC-Co复合粉。对两种工艺制备粉末的性能和形貌进行对比,发现直接碳化法制备的WC-Co复合粉的颗粒在10¹00μm、平均粒度在50μm,大部分球形壳破裂,粉末仍然保持球形骨架,粉末松装密度小、流动性差;煅烧-碳化法制备的WC-Co复合粉末的颗粒度在10100μm、平均粒度在50μm,大部分球形壳破裂,粉末仍然保持球形骨架,粉末松装密度小、流动性差;煅烧-碳化法制备的WC-Co复合粉末的颗粒度在10⁵0μm、平均颗粒度25μm,粉末球形度高、流动性好。将两种工艺制备的粉末制成YG6合金,对比发现直接碳化法得到WC-Co复合粉制备成的硬质合金硬度高、晶粒度小、密度高、孔隙度低、致密度高;将两种工艺制备的粉末进行热喷涂,发现煅烧-碳化法制备的粉末热喷涂时,涂层表面致密度高、WC保留率高、硬度高。     

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.     

低温球磨制备块体纳米晶7050铝合金的组织和性能研究

采用低温球磨、热等静压和挤压等工艺制备了块体纳米晶7050铝合金。分别利用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)对制备铝合金的微观组织和断口形貌进行了观察,并对该铝合金的化学成分、密度、硬度和拉伸性能进行了测定。结果表明,制备的块体纳米晶7050铝合金的平均晶粒尺寸为100~200 nm,密度为2.76 g/cm3,HV显微硬度为1184 MPa。抗拉强度和延伸率分别为412 MPa和5.2%。经时效处理后,材料的拉伸性能虽有所提高,但仍低于传统7050铝合金。分析认为,由于雾化参数和球磨参数的选取欠合理,导致了薄片状粉体的产生。而薄片状的形貌又使得粉体不能有效充填包套,最终得到的块体材料致密度低,内部缺陷较多。这些缺陷使得块体材料内部的晶粒(或颗粒)之间形成弱界面连接,降低了材料的拉伸性能。     

Effect of grain size on corrosion of nanocrystalline copper in NaOH solution

Effect of grain size on corrosion of bulk nanocrystalline copper was investigated using potentiodynamic polarization measurements in 0.1 M NaOH solution. Bulk nanocrystalline copper was prepared by inert gas condensation and in situ warm compress (IGCWC) method. The grain sizes of all bulk nanocrystalline samples were determined to be 48, 68 and 92 nm using X-ray diffraction (XRD). Results showed that bulk coppers displayed an active-passive-transpassive behaviour with duplex passive films. From polycrystalline to nanocrystalline, grain size variation showed little effect on the overall corrosion resistance of copper samples.     

Preparation of ultrafine WC-Co cermets by combining pretreatment and consolidation with spark plasma sintering

Ultrafine-grained WC-Co bulk materials were prepared by a new method that contains pretreatrnent of the milled powder mixture and sub-sequent spark plasma sintering (SPS). Ball milling parameters and the pretreatment temperature have significant effects on the microstructure and properties of WC-Co cermets. The prepared cermets have a mean grain size of less than 0.5 μm even with a pretreatment temperature as high as 1300℃. The WC-10wt.%Co cermet bulk prepared by the optimized milling, pretreatment, and SPS processing achieves excellent mechanical properties with a Vickers hardness of HV 1643, a fracture toughness of 13.1 MPa-m1/2and a transverse rapture strength of 3100 MPa.     

高能球磨制备纳米WC-Co复合粉末及其SPS烧结

本文采用高能球磨法制备纳米结构WC-Co粉末,并采用放电等离子体烧结方法(SPS)对该纳米粉末进行致密化。使用X射线衍射、SEM等手段分析了高能球磨对WC-Co复合粉末中WC晶粒尺寸和粒度的影响。发现经过90h左右的高能球磨,WC-Co的粉末粒度可以达到300nm左右,而WC的晶粒尺寸可以细化到8nm左右。经过SPS烧结后,合金中的WC相的晶粒尺寸可以保持在300nm左右,而Co多以fcc结构出现。     

纳米硬质合金制备技术的研究

研究了 WC-Co纳米硬质合金的制备技术。采用强化球磨、添加晶粒长大抑制剂和低温加压烧结工艺 ,获得了 WC晶粒度接近 2 0 0 nm的硬质合金。研究了 VC和Cr3 C2 两种抑制剂加入量对合金组织、WC晶粒度和性能的影响以及抑制晶粒长大的机理。研究结果表明 ,添加 VC和 Cr3 C2 晶粒长大抑制剂十分有效的抑制了晶粒的长大 ,合金中的 WC晶粒度随抑制剂加入量的增加而细化。但过多的抑制剂不仅会导致碳化物在 WC/Co晶界上大量析出 ,而且也会增加孔隙度 ,结果增加了合金脆性 ,降低了合金的强度 ,其有害影响 VC比 Cr3 C2 更大。采用加压烧结可消除合金中的孔隙提高合金的强度。     

高能球磨法制备纳米晶Ni粉的研究

采用高能球磨法制备出了纳米晶镍粉,并利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）等分析检测手段,研究了该纳米晶镍粉末的结构、形貌和相的变化。结果表明,镍粉末平均粒度和晶粒度随球磨时间增加不断减小,而应变随球磨时间增加不断增大;当高能球磨54h后,球磨产物为FCC结构的鳞片状多晶体,晶粒度为17nm左右,应变为0.48%,颗粒尺寸为150～200nm;球磨时间增加至98h,产物中出现非晶相,但仍以多晶为主,晶粒尺寸为7nm,应变为1.24%,粉末团聚严重。