不同粘结相碳化钨基硬质合金的研究与应用(Ⅰ)

硬质合金由高硬度、高熔点的硬质相和润湿性好、韧性高、熔点相对较低的粘结相组成。通过选择合适的原料、组成和工艺参数,可以实现硬质合金多种硬度和韧性的组合,使其广泛应用于刀具、模具、矿山工具和耐磨机械零件。本文主要介绍了硬质合金工业中已经使用的Co、Ni、Fe/钢基粘结相碳化钨基硬质合金的研究与应用。评述了各类粘结相的特性及其硬质合金的制备方法、性能、应用及最新研究成果,并对各类粘结相碳化钨基硬质合金的成分-微观组织-性能之间的内在联系进行了简单的阐述。     

不同粘结相碳化钨基硬质合金的研究与应用（Ⅱ）

硬质合金由高硬度、高熔点的硬质相和韧性好、熔点相对较低的粘结相组成。传统碳化钨基硬质合金的粘结相主要为金属基粘结相,如Co、Ni、Fe或钢基粘结相,因其能有效提高硬质合金的韧性,使合金具有较为优异的力学性能,已经在硬质合金工业中取得了广泛地应用。随着硬质合金工业的发展和工程应用需求的提高,具有潜在应用的新型粘结相引起广泛地科学研究。本文评述了金属间化合物粘结相、高熵合金粘结相及无粘结相硬质合金的制备方法、力学性能及最新研究成果,并将其优异特性与传统WC-Co进行对比,最后对各类粘结相硬质合金的成分、显微组织、力学性能之间的联系进行了简单的阐述。     

Ni_3Al用作硬质合金粘结剂的主要性能

Ni3Al是镍基耐热合金的重要强化组元(γ'相),它可使耐热合金得到强化并提高其耐磨性。有人曾在硬质合金中的Co/Ni粘结剂中添加Al来析出γ'相(Ni(Co)3Al)沉淀,从而使硬质合金得到强化。γ'相沉淀析出而引起的强化作用可一直保持到800℃左右。由此可见,采用Ni3Al作硬质合金粘结剂有利于提高其高温性能。Ni3Al金属间化合物一个突出的性能就是它的屈服应力随着温度的升高而明显提高。在大多数镍基超耐热合金中,对其保持高温强度起主要作用的是Ni3Al的这种异常行为。同时,Ni3Al金属间化合物还具有优异的高温抗氧化性和耐腐蚀性以及良好的…     

WC-Co-Ni_3Al基硬质合金微观组织结构分析

通过扫描电子显微镜、X射线能谱仪以及X射线衍射仪等多种仪器分析Ni3Al在硬质合金中的分布区域、晶粒形貌和晶粒大小。通过粘结相相剥离及硬质相剥离处理分析Ni3Al添加量对硬质合金微观结构影响。研究表明:Ni3Al均匀分布于硬质合金粘结相中,未在硬质相WC及粘结相界面处析出,也未在粘结相中富集。通过对粘结相进行浸蚀,发现Ni3Al晶粒形貌为六面体结构,晶粒大小为100 nm左右。Ni3Al添加量影响硬质相WC的晶粒形貌,WC晶粒细化并且表面出现结晶台阶,WC晶粒变为圆钝,随着Ni3Al添加量的增加其变化趋势越明显。     

6061铝基体上镍涂层热处理过程中Ni-Al金属间化合物的形成机理(英文)

采用电沉积方法在Al基体上沉积Ni制备Ni-Al扩散偶,并研究扩散偶中Al3Ni和Al3Ni2的形成机理和生长动力学。在6061铝基体上采用直流电沉积方法制备20μm厚的Ni涂层。然后在Ar气气氛下,样品在450,500和550°C下热处理不同时间。采用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪对金属间化合物进行表征。结果表明,Ni-Al金属间化合物的形成可分为两个重要步骤。首先,金属间化合物在不同位置侧面生长,形成连续金属间化合物层;其次,连续金属间化合物层在垂直于界面方向继续生长。随着金属间化合物厚度的增长,Al3Ni和Al3Ni2等反应产物将与基体发生分离。Al是Al3Ni生长的主要扩散元素,而Ni是Al3Ni2生长的主要扩散元素。Al3Ni和Al3Ni2相的生长动力学遵循抛物线方程。     

新型粘结相硬质合金的研究进展

介绍新型粘结相硬质合金材料的应用背景;总结Ni基、Fe基、复合金属基及金属间化合物等粘结相硬质合金材料各自的性能特点及最新的研究成果;讨论了粘结相的析出强化、第二相颗粒强化、固溶强化等强化机理;介绍了近年在新型粘结相研究中运用的新技术,特别是相图计算工具和EBSD检测技术的运用加速了新型粘结相的开发与研究;指出在研究与开发新型粘结相硬质合金材料过程中出现的问题;提出未来的重点研究应在新型粘结相材料的基础理论、新的检测手段的运用和制备工艺匹配性等方面开展。     

基于冷喷涂制备ZrC掺杂NiAl热障涂层粘结层

目的开发NiAl金属间化合物热障涂层粘结层。方法通过机械合金化技术制备了Ni/Al、Ni/Al+0.5%ZrC与Ni/Al+0.07%三种复合结构粉末。采用冷喷涂在镍基高温合金(IN738)基体上制备Ni/Al、Ni/Al+0.5%ZrC与Ni/Al+0.07%三种复合涂层,然后在保护气氛Ar气中进行热扩散制备这三种金属间化合物涂层。结果低温球磨8 h后可以获得具有亚微米层状结构的Ni/Al+ZrC复合结构粉末。喷涂态Ni/Al合金复合涂层保留了粉末的结构,经1080℃保温10 h后,形成了致密的NiAl金属间化合物涂层。结论掺杂ZrC(0.07%和0.5%)的Ni/Al粉末在球磨后比未掺杂ZrC的粉末更均匀。掺杂ZrC的粉末形成了部分NiAl金属间化合物,而没有掺杂ZrC的粉末则无NiAl金属间化合物形成。冷喷涂可以制备几乎无氧化Ni/Al粉末粘结层。热处理后原喷涂态涂层中的亚微米的层状结构已基本消失,变成了较为均匀的组织。     

不同加热环境下钛表面Ni/Al涂层制备与高温氧化性

目的 研究大气与真空加热处理后Ni/Al涂层的金属间化合物析出规律,以及扩散层的生长速度,从而确定涂层的抗氧化性能。方法 分别采用电弧喷涂技术和等离子喷涂技术在纯钛基体表面制备Ni/Al涂层。将样品分别在大气条件和真空条件下进行加热处理,使Ni/Al涂层原位反应生成Ni-Al金属间化合物,并进行涂层抗氧化性试验。结果 Ni/Al涂层在大气环境700 ℃加热处理后,形成以Al2O3、Ni2Al3和富Al相NiAl3相为主的扩散层;在真空环境700 ℃加热处理后,形成以Ni2Al3、NiAl3相为主的扩散层。通过扩散反应动力学分析发现,真空热处理比大气热处理后Ni和Al之间的反应扩散系数更高,扩散系数为89.731 μm²/h。氧化增重试验表明,真空处理后,Ni/Al涂层由于金属间化合物层较厚,且具有大量的高熔点的Ni2Al3相,并且经过800 ℃下氧化200 h后,涂层未发生失效。结论 真空环境下加热处理原位反应后,Ni/Al复合涂层的扩散速率更高,更容易形成Ni-Al金属间化合物,获得更厚的金属间化合物层。与大气热处理相比,经过真空热处理后的涂层有更良好的抗高温氧化能力。     

多孔结构阻挡层对CuW/Al界面组织及性能的影响

将CuW假合金表面部分Cu腐蚀掉,预留100-200μm厚度的W骨架,随后通过化学镀在W骨架上形成多孔结构Ni扩散层,最后在700℃下用固-液连接的方法制备出CuW/Al整体材料。比较了不同保温时间下界面扩散区域微观组织结构,分析了界面扩散溶解层金属间化合物析出序列。结果表明,CuW/Al界面间多孔结构Ni中间层可有效抑制柱状Al2Cu相的生成和柯肯达儿孔洞裂纹的产生,界面处生成物主要以Al2Cu和 Al5W化合物为主。添加多孔结构Ni中间层可提高CuW/Al界面结合性能和电导率。     

Al/SiCp电子封装材料嵌入金属元件的组织与性能研究

采用气压浸渗技术完成了Al/SiCp 电子封装材料嵌入金属元件的制备,应用能谱分析、XRD观察了界面层微观组织,并对界面连接强度进行了抗弯强度性能测试.结果表明,在制备Al/SiCp电子封装材料的同时,可以实现复合材料与固态金属(FeNi50、Ti)的可靠连接.Al/SiCp/FeNi50界面层生成Al3Ni、FeAl3、AINi金属间化合物,厚度约40 μm.预制型预热温度低于730℃时,AI/SiCp/Ti界面没有Al/Ti金属间化合物生成,界面抗弯强度可达AI/SiCp的59%～80%.     

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。     

金属间化合物粘结的碳化钨基硬质合金的研制

金属间化合物Ni3Al具有较好的高温性能 ,用作硬质合金的粘结剂 ,可显著影响其性能 ,因此 ,Ni3Al化合物可加入一系列高温条件下使用的远景组分中     

超细无粘结相WC基陶瓷的研究进展

综述了近年来国内外超细无粘结相WC基陶瓷的研究状况,无/少粘结相、晶粒的纳米化是研发高性能WC基硬质陶瓷的发展方向之一,其在硬度、高温强度、抗腐蚀、耐磨损等方面较传统硬质合金有明显的优势,具有广阔的应用前景。介绍了机械合金化法、快速碳热还原法、直接碳化法、等离子体化学合成法等超细WC粉末的制备方法,超细无粘结相WC基陶瓷的新型制备技术以及材料的复合改性等内容,并分析了该材料在研究应用过程中面临的困难,认为解决材料的工业化生产、纳米粉末的均匀分散等问题,建立碳氧含量对其性能影响的量化指标是现阶段的研究重点。     

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。      

Ni含量对粗晶WC-Co-Ni硬质合金组织和性能的影响

以WC-10%(Co+Ni)硬质合金为研究对象,在相同含量的Co+Ni粘结相中采用不同的钴镍比来研究Ni含量对WC-Co-Ni硬质合金组织和性能的影响。结果表明随Co+Ni粘结相中的镍含量的增加,合金中显微组织结构中的粘结相的分布均匀性变差;WC晶粒的尺寸和圆度增大。合金的强度性能结果表明WC-(Co+Ni)硬质合金在粘结相质量分数为60%Co-40%Ni时抗弯强度出现最大值;随Ni含量的增加,WC-(Co+Ni)硬质合金的硬度值相差不大,但呈下降趋势;合金的密度几乎没有变化;合金的钴磁降低,磁力呈现先增后降。     

超粗晶WC-Co硬质合金的研究现状

超粗晶硬质合金是一类性能优异的新型合金,广泛用于采矿、凿岩、轧辊等领域,应用前景广阔。化学包覆法和纳米粉末溶解法是超粗晶WC-Co硬质合金制备的主要方法,介绍了超粗硬质合金原料WC颗粒平均粒度选择的动力学理论,碳含量对超粗合金中WC晶粒生长粗化的影响以及通过引入其它元素强化粘结相以提高合金寿命的探索结果。此外,分析了以合金硬度为常数时,晶粒尺寸与合金性能的关系,指出在保持合金硬度不变时,通过增大WC晶粒尺寸来提高合金的耐磨性和韧性是可行的。最后,展望了超粗晶合金的发展方向。     

Microstructure and composition of the grain/binder interface in WC–Ni3Al composites

The microstructure and composition of WC/Ni₃Al interface were studied. An orientation relationship of [100]_WC//[110]_Ni3Al and (001)_WC//(001)_Ni3Al with a good coherence, besides many random orientation relationships between WC and Ni₃Al, has been repetitively found by selected area electron diffraction and high resolution TEM observations. The XRD pattern of WC–Ni₃Al composites indicated that the major binder phase was Ni₃Al and showed possibility of coherence between WC and Ni₃Al as common interplanar spacings existed. Electron probe microanalysis results revealed that the atomic ratio of Al:Ni is close to 1:3 in binder phase and WC/Ni₃Al interface in the WC–Ni₃Al composites has a sharper compositional gradient and a smaller width of transition region than the WC/Co interface in WC–Co composites.     

Influence of the cemented carbide specification on the process force and the process temperature in grinding

Cemented carbides are hard and brittle materials. Their material properties are adjusted by their chemical composition, in particular their average hard phase grain size and their binder fraction. The research paper focusses on grinding of cemented carbides with cobalt (Co) as binder and tungsten carbide (WC) as hard phase material. Within the research paper, it is discussed if and to what extent the cemented carbide composition affects the occurring thermo-mechanical load collective in the grinding process. In particular, the influence of the average WC grain size and the cobalt fraction on the thermo-mechanical load collective is investigated and explained by the cemented carbide material properties. The results of the publication contribute to a knowledge-based design of cemented carbide grinding processes.     

WC-Co超细硬质合金微观结构对其性能的影响

介绍硬质合金微观结构对硬度、强度影响的相关研究进展,探讨孔隙率、碳含量、晶粒大小、粘结相以及界面性质等微观结构因素差异引起硬质合金的宏观力学性能的变化,探索高性能超细WC-Co硬质合金的制备技术的研究进展和发展趋势。