WC-Ni基硬质合金的基础研究进展

WC-Ni基硬质合金可应用在磁性材料成形模具和核主泵机械密封关键部件等极端工况领域。由于材料体系的本征特性,WC-Ni基硬质合金的高性能化和质量稳定性控制一直面临挑战。两相区碳窗口、固液转变温度、液相烧结过程中的润湿行为,以及合金组元在黏结相中的固溶特性,是硬质复合材料成分及其制备工艺设计的关键参数。本文以制备工艺体系最完善的WC-Co基硬质合金为参比对象,从上述4个方面对WC-Ni基硬质合金的本征特性及其研究进展进行综述,旨在强化对WC-Ni基硬质合金本征特性的理解,为高性能WC-Ni基硬质合金新材料高效开发提供参考。

异质结构Ti(C,N)-(Fe)CoCrNi基金属陶瓷及其电化学腐蚀行为

采用(Fe)CoCrNi高/中熵合金雾化粉末原料,制备Ti(C_(0.5),N_(0.5))-20%WC-8%TaC-5%Mo_(2)C-22%FeCoCrNi(A)和Ti(C_(0.5),N_(0.5))-20%WC-8%TaC-5%Mo_(2)C-22%CoCrNi(B)金属陶瓷,采用具有相同黏结金属体积分数的Ti(C_(0.5),N_(0.5))-20%WC-8%TaC-5%Mo_(2)C-12%Co-12%Ni(C)金属陶瓷作为对比合金。电化学实验结果表明,尽管金属陶瓷A和B中存在脱碳相(η相)和微观结构均质性较差等问题,在H_(2)SO_(4)(pH=1)、Na_(2)SO_(4)(pH=7)和NaOH(pH=13)溶液中,相较于无微观组织结构缺陷的金属陶瓷C,金属陶瓷A和B在3种介质中平均自腐蚀电流密度J_(corr)分别降低33%和88%,平均电荷转移电阻Rct分别提高97%和219%,微观组织结构缺陷不影响其耐蚀性改善;在H_(2)SO_(4)中,金属陶瓷B的J_(corr)降低89%,Rct提高750%,CoCrNi中熵合金黏结金属能显著改善金属陶瓷在强腐蚀性介质中的耐蚀性。从高、中熵合金本征特性,合金体系润湿性等视角分析了金属陶瓷A和B中η相形成伴随的异质结构形成机理。

钨材强韧化研究进展

光伏产业属于我国战略性新兴产业,晶体硅太阳能电池是光伏行业中一类非常重要的电池。相对高碳钢丝基体,在高强韧性钨丝基体负载金刚石能更好地满足晶体硅太阳能电池关键材料——超薄单晶硅片高效、高质量切割的需求。提高强韧性是提高钨丝拉拔合格品率、实现超细钨丝高质量拉丝成材和钨丝金刚线高效切割超薄单晶硅片的基础,热机械压力加工、合金化、晶粒度和晶粒形貌调控等是实现钨材强韧化的主要路径。本文综述了钨材的各种强韧化路径的实施方案与实施效果,旨在为第二代高强韧性超细光伏钨丝的研发提供有效参考,主要包括钨材强韧性的热机械压力加工提升策略、固溶强化和第2相强化策略以及细晶强化策略。

CeO_(2)/Cr_(3)C_(2)对WC-Co-Ni基硬质合金电化学腐蚀行为的影响

为了探讨WC-Co-Ni基合金腐蚀性能提升路径,采用相同基础原材料,制备WC-6Co-6Ni、WC-6Co-6Ni-1.0Cr_(3)C_(2)、WC-6Co-6Ni-1.0CeO_(2)和WC-12Co-1.0CeO_(2)等4种合金。分别在NaOH(pH=13)、Na_(2)SO_(4)(pH=7)和H_(2)SO_(4)(pH=1)等3种腐蚀介质中对4种合金进行电化学阻抗谱和动电位极化曲线测试。结果表明,腐蚀介质对合金耐腐蚀性能及其腐蚀机理具有重大影响,合金添加剂Cr_(3)C_(2)和Ni能够提升WC-Co-Ni基硬质合金在Na_(2)SO_(4)中性介质中的耐腐蚀性能,而在WC-6Co-6Ni合金中添加1.0%Cr_(3)C_(2)会降低合金在NaOH介质中耐腐蚀性能;WC晶粒相对细小的WC-12Co-1.0CeO_(2)合金在NaOH介质中的耐腐蚀性优于WC-6Co-6Ni-1.0CeO_(2)合金,粘结相对合金耐腐蚀性能的影响被CeO_(2)添加剂显著弱化。在强腐蚀性H_(2)SO_(4)介质中,WC-6Co-6Ni-1.0CeO_(2)和WC-12Co-1.0CeO_(2)合金均表现出优异的耐腐蚀性能,合金耐腐蚀性能不受黏结金属影响。

硬质合金整体刀具外圆磨削加工表面缺陷分析

亚微、超细和纳米晶硬质合金是硬质合金整体刀具的典型材质,磨削加工表面缺陷会严重影响其使用寿命和服役行为的稳定性。本文分析了硬质合金整体刀具外圆磨削加工表面存在的4种典型缺陷及其形成原因,即磨屑表面粘附、表面条状撕裂、黏结相浸出和次表层裸露、WC晶粒碎裂。剖析了硬质合金整体刀具磨削加工的特殊性,即(1)合金中易存在以Co池和WC晶粒异常长大为典型代表的微观缺陷;(2)高矫顽磁力导致的难消磁特性;(3)高硬度和高强度导致的磨削碎屑的强损伤力;(4)低热导率和强磨削力工况条件对磨削液施载效果的严要求;(5)微观缺陷与磨削液的交互作用可促进黏结相和硬质相的电偶腐蚀和磨削表面Co的浸出;(6)强磨削力和WC本征脆性共同作用下,WC微小碎粒的形成对高效排屑的严要求。在棒材材质质量控制、磨削加工、磨屑处置、加工工序、磨削液选择与使用、磨削后处理和产品包装等方面提出了一系列抑制与预防磨削加工表面缺陷的建议。

合金添加剂对WC基硬质合金氧化行为及其关联特性的影响

为了同步改善合金的高温抗氧化性能及物理与力学性能,设计WC-6Co-6Ni、WC-6Co-6Ni-1Cr_(3)C_(2)、WC-6Co-6Ni-1CeO_(2)和WC-12Co-1CeO_(2)等4组WC基硬质合金,分别对应1^(#)~4^(#)合金,对比研究合金的微观结构、物理与力学性能和700℃连续16 h的氧化行为。结果表明,CeO_(2)弥散相的存在不会导致WC基硬质合金强度降低,合金硬度遵循复合材料硬度及晶粒度和各相体积分数的耦合作用规律。4组合金中,4^(#)合金的硬度最高,其次为2^(#)合金,Co、Ni黏结金属对硬质合金硬度的影响显著。Cr_(3)C_(2)和CeO_(2)添加剂均可显著改善700℃下合金的抗氧化性能,但Cr_(3)C_(2)的改善效果明显优于CeO_(2)。在WC基硬质合金中添加适量的Cr_(3)C_(2)和CeO_(2),并用Ni部分替代Co,可实现对合金高温抗氧化性能及物理与力学性能同步改善。