添加氧化镧WC-11Co-2.1TaC硬质合金的组织及性能

硬质合金的晶粒度和组织均匀性是制约其性能的关键因素。为了细化晶粒,改善组织,提高合金性能,采用粉末碳化、冷压烧结技术,以W、Co、Ta为原料,La_2O_3为添加剂,制备WC-11Co-2.1Ta C硬质合金,研究添加La_2O_3对硬质合金组织和力学性能的影响。结果表明:添加0.2%~0.4%La_2O_3可抑制WC-11Co-2.1Ta C硬质合金组织WC晶粒聚集生长,使组织均匀,WC相邻接度减小,WC/Co接触面积增大,提高抗弯强度;当La_2O_3添加量增加到0.6%时,合金组织偏聚,WC晶粒严重聚集生长,WC相邻接度增大,提高了硬质合金抵抗显微金刚石压头的刻入能力,增大了显微硬度。     

Mo含量对WC-8(Fe-Co-Ni)硬质合金组织和性能的影响

采用传统粉末冶金生产工艺制备WC-8(Fe-Co-Ni)硬质合金,研究了粘结相中不同Mo添加量对铁镍代钴硬质合金显微组织和性能的影响。利用OM、SEM观察合金的显微组织和断口形貌,利用显微硬度计、万能试验机及分析天平分析了粘结相中不同Mo添加量对合金硬度、抗弯强度和相对密度的影响。结果表明:Mo含量的添加可以降低WC在液相中的溶解度,起到细化合金晶粒的作用,合金硬度得到明显的提升;由于Mo的固溶强化作用,改善了合金的抗弯强度;当Mo的添加量增大到5%时,WC-8(Fe-Co-Ni)硬质合金的综合性能最好。     

纯氧气氛下硬质合金及其原料的热稳定性

采用差热分析法研究了纯氧气氛下WC粉、Co粉、RE-Co预合金粉、WC-8Co硬质合金的热稳定性以及稀土对硬质合金热稳定性的影响.研究结果表明:费氏粒度分别为0.51μm和0.93μm的WC粉和Co粉分别在392℃和282℃就开始明显氧化,由于湿磨过程的活化作用与破碎作用,硬质合金混合料的热稳定性进一步降低,因此,在制备硬质合金混合料特别是超细硬质合金混合料的过程中对湿磨介质、混合料干燥方式与干燥温度等应进行严格选择与控制;在湿磨过程中,稀土以RE-Co预合金粉形式加入制备成含稀土的硬质合金,在混合料制备过程中RE-Co预合金粉不会发生明显氧化,其热稳定性与硬质合金基本原料WC粉和Co粉的热稳定性相当;稀土的添加量对WC-Co硬质合金的热稳定性影响不大,在合金中加入稀土不能使合金的明显氧化起始温度得到显著提高;在约700℃,WC-8Co硬质合金发生明显氧化,因此,WC-8Co硬质合金的实际使用温度应低于700℃.     

放电等离子烧结制备超细WC-Co硬质合金

采用放电等离子烧结(SPS)技术制备了超细WC-10Co硬质合金.研究了烧结温度及烧结气氛对WC-Co硬质合金组织及性能的影响.研究发现:烧结体密度随烧结温度的升高而增大,但由于钴的蒸发,合金的成分偏离了原粉末的成分,且随着烧结温度的升高及炉内气压的降低,钴的蒸发速率加大.因此,通过提高炉内气压,可以使合金的成分基本接近原粉末成分,降低了合金的成分偏离.结果表明:炉内气压升高到200 Pa,烧结压力为30 MPa时,在1250℃烧结WC-10.07Co粉末5 min,烧结体中钴的质量分数可以控制在10.02%,密度和硬度分别达到了14.62 g.cm-3和HRA 92.4.     

Al2O3/WC-10Co/ZrO2金属陶瓷的制备与性能

以WC-10Co纳米复合粉末、YSZ纳米粉末与Al2O3亚微粉末为原料,采用热压烧结制备了性能优良的Al2O3/WC-10Co/ZrO2金属陶瓷.分别在1380,1450和1500℃烧结温度下制备Al2O3/WC-10Co/ZrO2金属陶瓷,通过考察烧结体的断裂韧性、洛氏硬度、密度、磁滞回线和断口形貌,研究了烧结温度对WC-10Co纳米复合粉末、YSZ纳米陶瓷粉末与Al2O3亚微粉末的复合粉末烧结性能的影响.确定合理的Al2O3/WC-10Co/ZrO2金属陶瓷烧结温度为1450℃.结果表明,质量分数为50%的WC-10Co纳米复合粉末、10%的YSZ纳米陶瓷粉末与和40%的亚微Al2O3粉末的复合粉末经过48h的高能球磨后,再经过1450℃热压烧结,可以得到晶粒尺寸小于1μm的整体性能较好的亚微Al2O3/WC-10Co/ZrO2金属陶瓷,其相对密度为97.5%,断裂韧性为7.4468MPa·m1/2,硬度为HRA 94.0.     

铜对WC—Co和WC—Ni合金的影响

本文研究了铜对WC—Co和WC—Ni合金的影响。 研究表明:WC—Co合金中添加铜可以有效地提高合金的抗弯强度和冲击韧性。WC—15％Co合金中,添加0.5％Cu(重量)时,合金的抗弯强度较WC-15％Co合金提高10％以上。试验得出,WC—15％Co合金的冲击韧性随含铜量的增加而提高,铜添加量为1％(重量)时达最大值,较WC—15％Co合金提高15％。研究指出:WC—Co合金中加入铜后,能细化合金的碳化物晶粒。 研究表明:在WC—8％Ni合金中添加少量铜,可以明显提高合金的抗弯强度而合金硬度降低不大。添加量为1.3％Cu时,抗弯强度达最大值,较WC—8％Ni合金提高25％。研究结果还表明,在WC—8％Ni合金中,随含铜量的增加,合金晶粒渐趋均匀并细化。 试验得出:WC—8％Ni—Cu合金具有良好的耐酸耐蚀性。 研究结果还表明:在WC—Co和WC—Ni中添加铜后,不仅能提高合金性能,而且还能降低产品的成本。     

Al2O3/WC-10Co/ZrO2/Ni金属陶瓷的微波烧结

以纳米WC-10Co复合粉末、YSZ纳米粉末、Al2O3亚微粉末与工业Ni粉为原料,采用微波烧结＋热等静压处理制备性能优良的Al2O3/WC-10Co/ZrO2/Ni金属陶瓷,研究微波烧结、微波烧结＋热等静压处理对Al2O3/WC-10Co/ZrO2/Ni金属陶瓷的组织结构和力学性能的影响。研究结果表明：WC-10Co（10%,质量分数）,YSZ（30%）,Al2O3（55%）与Ni（5%）复合粉末高能球磨后,经过微波烧结＋热等静压处理,可以得到平均晶粒度小于1.5μm的整体性能较好的亚微Al2O3/WC-10Co/ZrO2/Ni金属陶瓷,其相对密度为98.4%,洛氏硬度为HRA 94.0;微波烧结＋热等静压可以有效地消除微波烧结造成Al2O3/WC-10Co/ZrO2/Ni金属陶瓷中的孔隙,提高复合材料的密实度和力学性能,而且金属陶瓷的晶粒基本没有异常长大。     

添加剂铜对等离子喷涂WC-12Co涂层的相的影响研究

本文以WC-12Co和Cu180粉末为热喷涂材料，采用等离子喷涂系统制备涂层，利用x射线衍射仪对添加铜的WC-12Co涂层的相结构进行分析，研究添加铜对WC-12Co涂层相组成的影响规律。结果表明：添加铜后，WC-12Co涂层的主要成分是WC及其脱碳产物W2C以及铜的氧化物Cu2O、CuO，添加铜对WC的脱碳起到了一定的抑制作用。     

Cr_3C_2含量对纳米WC-6Co复合粉烧结的影响

研究了不同Cr_3C_2添加量对纳米WC-6Co复合粉烧结的影响.结果表明:添加Cr_3C_2会细化晶粒,但过多的添加Cr_3C_2时,η相(缺碳相)会容易溶Co而分解,导致晶粒尺寸的粗化.随Cr_3C_2添加量的增加,硬质合金的孔隙率逐渐增加.当Cr_3C_2添加量为0.6wt.%,与未加Cr_3C_2材料的抗弯强度相比,抗弯强度提高约13%,材料的硬度可达到93.2HRA.随Cr_3C_2添加量的增加,硬质合金的断裂韧性逐渐降低.     

新型纳米硬质合金的研究

完成单位 :上海大学材料科学与工程学院课题负责人 :马学鸣教授完成时间 :2 0 0 0年 1月WC- Co是一种重要的硬质合金 ,广泛应用于机械制造、量具刃具行业 .该成果利用继续合金化技术成功地制备出纳米级 WC- Co粉末 .通过 X射线衍射和扫描电子显微镜分析 ,所制备的粉末其晶粒度小于 1 5nm而同时保持了微米级的颗粒 ,既能体现纳米材料所具备的优异力学性能 ,又便于粉末的后续处理 ,具有创新特色 .并通过成型烧结获得平均颗粒度小于 2 0 0 nm的块状 WC- Co硬质合金 .对 WC- Co粉末烧结过程中如何抑制晶粒长大作了探索 ,通过添加少量纳米…     

微波烧结制备纳米稀土改性WC-Co硬质合金

以WC粉为基体,Co粉为粘结相,添加纳米Y2O3,通过球磨、压制成型和微波烧结制备WC-Co硬质合金。结果表明:制备的试样相结构为WC和η相(Co3W3C相),随烧结温度提高,试样的相对密度明显增大,在1 300℃时达到最高值,继续升高到1 320℃时出现局部熔融现象,随保温时间延长,试样的相对密度明显增大,但保温20 min后趋于稳定。加入纳米Y2O3可以明显细化晶粒,且其硬度和抗弯强度有一定程度提高。     

石墨烯增强WC-Co硬质合金的制备和力学性能研究

采用机械搅拌和静电吸附工艺制备了氧化石墨烯/WC-Co复合粉体,并对复合粉体的微观形貌进行了表征。利用放电等离子烧结（spark plasma sintering ,SPS）技术制备了石墨烯/WC-Co硬质合金,对复合材料的力学性能进行了测试分析。机械搅拌制备的氧化石墨烯/WC-Co复合粉体经过SPS烧结后得到的硬质合金横向断裂强度和维氏硬度为1 850 MPa,1 830,与不添加石墨烯的WC-Co硬质合金相比分别提高了3.9%,5.8%。静电吸附制备的氧化石墨烯/WC-Co复合粉体经过SPS烧结后得到的硬质合金横向断裂强度和维氏硬度为1 980 MPa,1 850,与不添加石墨烯的WC-Co硬质合金相比分别提高了11.2%,6.9%。     

基体的梯度结构对涂层硬质合金性能的影响

通过控制烧结气氛制备了均质和梯度结构的硬质合金基体，并用化学气相沉积制成涂层硬质合金及切削刀片。采用光学显微镜和扫描电镜观察，通过显微硬度抗弯测试和切削试验对均质基体和梯度基体的涂层硬质合金的组织特征与性能进行对比研究。研究结果表明，梯度结构的硬质合金基体可以提高涂层硬质合金的抗弯强度；相对于均质基体的涂层硬质合金刀片，梯度基体的涂层硬质合金刀片在保持耐磨性能的同时能显著提高抗冲击性能。基体涂层合金的组织结构及断口特征显示，梯度基体表层韧性区可阻碍裂纹的扩展。     

碳纳米管增强硬质合金的制备及性能研究

为改善硬质合金中增强体碳纳米管（carbon nanotubes,CNTs）的团聚问题,采用化学镀Ni方法对CNTs进行表面改性,利用气压烧结工艺制备了WC-10Co-CNTs硬质合金和WC-10Co-CNTs/Ni硬质合金。对镀Ni前后CNTs的表面形貌、结构及成分进行了分析表征,并研究了CNTs和CNTs/Ni对硬质合金组织及性能的影响。结果表明,CNTs经化学镀改性处理后,表面包覆了致密的纳米Ni颗粒,团聚现象明显改善;在WC-10Co中添加CNTs或CNTs/Ni后可以有效地细化硬质合金的晶粒,降低孔隙率;和未添加的比较,添加质量分数0.1%的CNTs的硬质合金和添加质量分数0.1%的CNTs/Ni的硬质合金抗弯强度分别提高了17.5%和28.2%,热扩散系数分别提高了23.5%和42.8%。     

ZrO2添加量对等离子放电烧结制备WC-6Co组织和性能的影响

以WC-6Co为主体原料，通过添加不同含量的ZrO₂作为烧结助剂，采用SPS烧结技术制备出性能出众的WC-6Co硬质合金，研究了ZrO₂烧结助剂对硬质合金显微组织及力学性能的影响规律.结果表明:随着ZrO₂添加量的增加，试样的显微组织更加致密，相对密度更大，硬度和断裂韧性也有一定程度的增加.并且，当添加ZrO₂的质量分数为3%时，试样的相对密度达到96.7%，维氏硬度增加到20.28kN·mm^-2，断裂韧性增长到12.7MPa·mm^1/2，综合性能最优.研究发现，ZrO₂可以通过促进离子的扩散和颗粒的重排促进烧结，最终使得材料的相对密度和性能均得到提升.     

电渣重熔过程冷却强度对含镁H13钢中碳化物的影响

研究电渣重熔过程冷却强度对含镁H13钢凝固组织和碳化物偏析的影响.采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪等分析凝固组织及碳化物的特征.研究发现,钢锭的凝固组织均为马氏体组织、残余奥氏体及一次碳化物.H13钢电渣锭中主要析出的一次碳化物为V8C7、MC、M23 C6及M6C.随着冷却强度增加,电渣锭边部碳化物的尺寸减小且分布更加均匀,但是碳化物的类型不发生变化.电渣重熔过程中冷却强度增加促进钢中镁对夹杂物的变性能力,经过镁变性后生成的MgO· Al2O3为TiN的析出提供形核质点,MgO· Al2 O3和TiN的复合夹杂物能够促进一次碳化物异质形核,从而细化一次碳化物.     

石墨烯对气压烧结WC-Co硬质合金性能的影响

为了减小氧化石墨烯（graphene oxide,GO）在WC-10Co硬质合金中的团聚以及高温液相烧结过程中Co对GO的溶蚀作用,通过化学镀的方式制备了改性氧化石墨烯（GO/Ni）,随后利用静电吸附以及机械搅拌两种方法分别制备了WC-10Co-GO复合粉体和WC-10Co-GO/Ni复合粉体。用扫描电子显微镜（scanning electron microscope,SEM）和透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)对改性后的GO以及复合粉体进行微观形貌的表征。采用气压烧结工艺制备了WC-10Co、WC-10Co-GO和WC-10Co-GO/Ni硬质合金并研究了硬质合金的物理性能和力学性能。实验结果表明：随着GO和GO/Ni的加入,硬质合金的密度和洛氏硬度有了略微的降低;对比WC-10Co硬质合金,WC-10Co-GO和WC-10Co-GO/Ni硬质合金的横向断裂强度分别提升了35.2%和59.7%,其中GO/Ni作为作为基体增强相的效果最佳。     

烧结工艺对脱β层梯度硬质合金梯度结构的影响

使用一步烧结法制备了表面含脱β层的梯度结构硬质合金,采用扫描电镜、X射线衍射仪、电子探针微区分析仪观察了梯度硬质合金的微观形貌、相组成及成分分布情况,分析了脱β层梯度结构合金样品的典型组织及烧结工艺对脱β层梯度硬质合金梯度结构的影响.结果显示:随着烧结温度的提高和保温时间的延长,脱β层的厚度均明显增加,且脱β层的厚度与保温时间的平方根基本呈线性关系;在同样的烧结工艺条件下,脱β层的厚度随着钴含量的增加而增大,随Ti(C,N)含量的增加而减小.     

WC-Ti(C, N)-Co梯度硬质合金表面韧性区的形成机理

从动力学的角度分析WC—Ti（C，N）-Co硬质合金在液相烧结过程中表面韧性区的形成机理。借助金相显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪和切削实验研究表面韧性区梯度硬质合金的微观结构和性能。研究结果表明：由于N原子与Ti原子之间强烈的热力学耦合作用，N原子和Ti原子在液相烧结过程中朝相反的方向迁移，在合金表面形成缺立方相碳化物的韧性区；与合金内部的WC晶粒相比，韧性区内WC晶粒度更细，晶体取向发生改变；刃口附近前、后刀面的表面韧性区的厚度呈现梯度变化；在合金内部存在环形相结构的立方碳化物；表面韧性区使合金的强度提高，使涂层刀片的抗冲击性能提高1.6倍。     

梯度硬质合金的发展趋势

对梯度硬质合金的发展趋势进行综述.对其微观结构、使用性能及形成机理进行分析,并对表层富立方相梯度硬质合金进行相关研究.研究表明,表层富立方相梯度硬质合金以其特殊的结构和优异的性能将成为梯度硬质合金的最新发展方向.