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%。     

烧结温度对WC-Co(Cu)硬质合金性能的影响

通过粉末直接混合和真空烧结法制备WC-Co(Cu)硬质合金。用XRD、ICP-AES和SEM分析了硬质合金的成分和组织结构。用万能实验机和洛氏硬度计测试了抗弯强度和硬度。结果表明:随烧结温度的升高,显微组织的均匀性先增加后降低,当烧结温度为1460℃时,显微组织分布均匀。真空烧结时,Cu产生挥发,少量的Cu固溶到WC-Co中。随着烧结温度的升高,抗弯强度和硬度呈先增大后减小的趋势,当烧结温度为1460℃时,抗弯强度和硬度最大,分别为2595 MPa和90.7 HRA。     

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。     

国内期刊亮点

正预烧结影响低压烧结WC-Co硬质合金组织和性能WC-Co硬质合金具有良好力学性能,其中WC的晶粒尺寸决定了其本征性能的发挥。北京工业大学材料科学与工程学院新型功能材料教育部重点实验室宋晓艳等采用原位还原碳化反应制备超细WC-10%Co,对WC-10%Co复合粉末在低于共晶点的温度下进行预烧结处理,采用XRD、SEM和力学性能测试手段考察预烧结对随后的低压二次烧结合金组织和性能的影响。     

石墨烯/纯钛基复合材料的制备及其导电性能的研究

运用球磨分散结合粉末冶金法成功制备了石墨烯纳米片增强纯钛复合材料.复合材料的制备过程主要包括复合粉末的制备、复合材料的压制成型以及高温烧结3个过程.使用OM、SEM、XRD和拉曼光谱等检测手段对制备的复合材料的组织、物相组成以及石墨烯片的缺陷和层数进行了分析检测.运用显微硬度计和四探针电阻仪对最终烧结成型的纯钛块体及石墨烯增强钛基复合材料的硬度和电阻率进行表征.结果表明:石墨烯片分散在复合材料的组织中,添加石墨烯片能显著影响钛基材料的性能,复合材料的硬度和电导率随石墨烯片含量的添加而增大.当石墨烯的添加量为0.3%(w)时,复合材料的硬度达到最大(429 HV),与同样条件烧结的纯钛硬度相比(234 HV)提高80%.其导电率是在石墨烯的添加量为0.4%时才达到最大值(432S·m~(-1)),与同样条件烧结的纯钛的导电率(158 S·m~(-1))相比提高了1.73倍.文章分析了复合材料的硬度和导电性能增强的原因.     

用机械活化粉末制备钨合金

为了改进制备工艺和提高钨合金的性能,对原材料粉末做了机械活化和化学活化处理,通过烧结制备了钨合金,考察了经机械活化和化学活化后粉末的变化,观察了合金的组织、测试了合金的密度、硬度、抗弯强度等性能。结果表明,机械活化可以使粉末颗粒变细、比表面增大、缺陷增多;化学活化可以在粉末颗粒表面形成含微量合金元素的均匀薄层,并通过反应形成高活性层。二者都能使粉末的活性提高,对经活化处理的粉末施以烧结可以获得较高密度和性能的钨合金。     

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.     

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。     

稀土Ce的添加方式对WC-Co硬质合金性能的影响

采用以共沉淀方法制备的Ni-Ce复合粉末、真空蒸镀W的金刚石等为原料,热压活化烧结,制取了具有高强度、高硬度的稀土金刚石增强WC-10%Co-5%Ni硬质合金复合齿.观察稀土金刚石增强WC-10%Co-5%Ni硬质合金复合齿的显微结构,测试其硬度、密度、断裂强度、抗冲击性能、磨耗比.研究结果表明:采用热压活化烧结获得的稀土金刚石增强WC-10%Co-5%Ni硬质合金复合齿的洛氏硬度为90,断裂强度为1918 MPa,抗冲击性能>200 J,磨耗比为30.21.采用中间合金Ni-Ce的方式加入稀土Ce使稀土在合金中的分布更均匀.     

搅拌铸造法制备石墨烯增强铝基复合材料的组织和力学性能研究

石墨烯增强铝基复合材料满足轻量化用材的同时兼具良好的力学性能,是一种极具应用前景的复合材料。通过粉末混合、压坯和热还原,制备了含石墨烯的预制块,并将其作为中间体在搅拌铸造过程中加入,成功制备了石墨烯增强铝基复合材料。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱、X射线衍射仪等表征了复合材料的微观组织结构;通过力学性能测试,研究了石墨烯含量对复合材料力学性能的影响。表征结果表明,搅拌铸造法制备的石墨烯增强铝基复合材料中石墨烯结构完整,复合材料的晶粒得到明显细化。拉伸试验表明,石墨烯质量分数为0.4%的铝基复合材料的综合力学性能最佳,抗拉强度、屈服强度和维氏硬度分别较同条件下制备的纯铝提高了55%、47%和63%。断裂机制研究结果表明,随着石墨烯含量的增加,复合材料由韧性断裂转变为脆性断裂。     

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。     

硬质合金/高铬铸铁基复合材料的界面特性及磨损性能研究

以WC-Co硬质合金棒为增强体,采用消失模镶铸工艺制备了硬质合金/高铬铸铁基表层耐磨复合材料,并对其界面微观组织和三体磨料磨损性能进行了研究.通过对界面微观组织的观察发现,由于硬质合金表层的熔解和W、C、Co、Fe、Cr等合金元素的扩散,硬质合金与高铬铸铁界面出现了厚度约为800μm的过渡层,在过渡层中生成了含有W、Co、Fe和Cr元素的碳化物,确保了增强体和基体之间为良好的冶金结合.三体磨料磨损试验结果表明,复合材料的耐磨性是高铬铸铁(热处理态和铸态)的6～8倍,这是因为增强体的高硬度及其与基体间的良好冶金结合,使得复合材料在磨损过程中,增强体对基体起到了有效的保护作用,从而表现出优异的耐磨性能.     

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%。     

碳化钨基硬质合金的制备与力学性能研究

在碳化钨粉末中加入一定量的钴、碳化钽以及碳化铪,经过混料、球磨、冷压成型和热压烧结等步骤制备出硬质合金试样。利用1 000 N维式显微硬度计、三点弯曲试验、XJJ-5冲击试验机以及扫描电镜分别对试样硬度、抗弯强度、冲击韧性以及试样的微观形貌进行了研究,并对试样力学性能的提高机理进行了探讨。结果表明,碳化铪的加入可有效改善烧结质量,细化晶粒,改善试样力学性能。碳化铪质量分数为2%的试样力学性能最好。     

带参数的渐近线性椭圆方程组解的分歧性

利用Lyapunov-Schmidt约化方法结合Rabinowitz大范围分歧理论,研究了一类带有参数的渐近线性椭圆方程组正、负解的存在性以及分歧性。首先给出了由正、负解所组成的连续统在分歧点附近的存在性,结合非线性项的合理假设,进而给出了连续统在分歧点附近沿着λ方向的分歧性态。     

Mo2 NiB2基金属陶瓷的制备与性能

采用单质硼粉、镍粉和钼粉结合反应硼化烧结法制备了Mo2 NiB2基金属陶瓷,研究了Mo2 NiB2基金属陶瓷在烧结过程中的物相转变和尺寸变化以及烧结温度和保温时间对其力学性能和显微组织的影响.结果发现：随着烧结温度升高,材料物相逐渐由单质相变为二元硼化物相和三元硼化物相,并且材料的尺寸先发生细微收缩,再在硼化反应过程中逐渐增加,最后在液相烧结过程中逐渐减小;随着烧结温度升高,Mo2 NiB2基金属陶瓷的抗弯强度和硬度先增加后减小,在1290℃达到最大,分别为1346.5 MPa和83.7 HRA,并且硬质相颗粒逐渐粗化;保温时间对材料性能的影响与烧结温度一致,但在保温30 min时抗弯强度最大(1453.3 MPa),保温60 min时硬度最大(83.7 HRA).     

真空烧结低钴粗晶硬质合金及其性能的研究

以Co粉和粗粒度的WC粉为原料,混料后,压制成低含Co量的WC-Co粉末压坯,再在高温真空炉中烧结得到了低钴粗晶的WC－Co烧结体。重点研究了真空烧结温度、时间和真空度等对烧结体物理机械性能的影响。试验结果表明,烧结工艺条件对烧结体的性能有着决定的影响,通过控制适当的工艺条件,可以得到兼有高硬度和高韧性的低钴粗晶合金,其综合性能明显优于相同含Co量的普通YG合金。