纳米V_8C_7粉末的制备

将V2O5溶解于有机酸溶液中, 通过喷雾干燥制得非晶态含钒的粉末前驱体, 将前驱体粉末还原/碳化后得到V8C7粉末. 采用X射线衍射仪﹑扫描电镜﹑透射电镜﹑碳氧分析仪对工艺过程产品进行分析. 结果表明: 前驱体是粒度为10～20 μm非晶态球形粉末, 当温度升高到400 ℃时, 前驱体粉末开始分解;当温度升高到600 ℃时, 前驱体粉末全部转变为V2O3与游离C原子级别混合均匀的复合粉末;随着温度的升高, 游离C还原碳化V2O3, 当温度升高到800 ℃时, 出现V4C3相;在约1 100 ℃时, 得到相成分均一的V8C7粉末, 其形貌是粒径为30～50 nm的一次颗粒形成的多孔空壳球形, 其总C含量为17.38%, 游离C含量为0.47%. 前驱体粉末在加热过程中相成分转变过程为: V2O3→V4C3→V8C7, 不经历V2O3 转变为VO的过程.

几种碳化物与钴在不同烧结温度下的相互作用与影响

研究碳化物WC,Cr3C2和VC在升温过程中与Co相的相互作用,以及Cr3C2和VC复合抑制剂对WC晶粒生长的影响。使用SEM观察与分析WC,Cr3C2和VC在升温过程中的形貌变化,并结合EDS和XRD分析它们在不同温度下在Co相中的溶解度。结果表明:随温度升高,小颗粒WC逐渐溶解,部分大颗粒WC不断长大;WC在Co相中的溶解度呈增加趋势,到1 350℃时达到最大值;WC晶粒的形貌变得越来越规则,边界越来越清晰,到1 300℃时其金相截面呈规则的三角形或四边形,说明WC颗粒早在固相阶段就开始生长。Cr3C2在1 150℃时几乎已完全溶解于Co相中,随温度升高,Cr3C2的形貌由颗粒状向树枝状转变,多分布于Co晶粒的边界处。1 250℃之前,VC的固溶度随温度升高不断增大,1 300℃时略有降低,VC颗粒形貌较稳定,呈近球形。Cr3C2和VC复合抑制剂不影响WC在Co相中的溶解度,但抑制WC晶粒的固相生长,表明抑制剂在固相阶段就开始发挥作用。

直接碳化法制备碳化钒的热力学分析

对以五氧化二钒为原料制备碳化钒的工艺过程进行热力学分析,分析结果表明:钒氧化物在转化过程中遵循逐级还原理论;钒氧化物在碳化过程中,不转化为金属钒,直接转化为碳化钒;二氧化钒的碳化温度最低,为1018K,因此,在钒氧化物的转化过程中,应尽可能使其转化为二氧化钒。若采用气相还原碳化的方法,则可通过调节气体的流量、配比对还原碳化工艺进行控制。

N含量对Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织结构和性能的影响

针对Ti(C, N)基金属陶瓷在烧结过程中存在明显脱氮行为的问题,采用氮分压烧结方法是实现微观组织结构可控和获得优异性能的关键之一。制备了3种不同氮含量的Ti(C, N)基金属陶瓷,研究了氮含量和烧结温度对合金芯部和表面梯度层微观组织结构和性能的影响。结果表明:随着氮含量增加,合金芯部Ti(C,N)黑芯数量越多,黑芯外环的厚度越薄,同时硬质相晶粒越细;随着烧结温度升高,样品氮分解压力逐渐增大,由开始的渗氮现象转变为脱氮现象。当烧结温度为1 470℃时,合金表面发生了渗氮反应,形成一层无环黑芯聚集层,且其厚度随着合金氮含量的增加而减少;当烧结温度增加至1 530℃时,合金表面发生了脱氮反应,形成了一层灰色固溶体层,且随着合金中氮含量的增加,脱氮反应加剧,固溶体层厚度也越厚。研究发现,在1 470℃和0.8 kPa氮分压下烧结的样品,为含氮量最高的合金,具有最薄的黑芯聚集层和最细的硬质相晶粒,表现出较佳的综合性能。

烧结氮分压及原料粒度对Ti(C,N)基金属陶瓷表面组织结构和性能的影响

Ti(C, N)基金属陶瓷烧结过程中伴随着强烈的氮分解,烧结氮分压是影响Ti(C, N)基金属陶瓷“芯-环”结构和力学性能的重要工艺参数。因此,采用不同原料粒度的Ti(C, N)粉末,分别在0.5, 1.0, 1.5kPa氮分压及不同烧结温度下,制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,并研究烧结氮分压、烧结温度及原料粒度对Ti(C,N)基金属陶瓷表面梯度组织结构及性能的影响。结果表明:在渗氮作用下,Ti(C,N)基金属陶瓷表层会形成无环黑芯聚集层,且随着烧结氮分压增加,表层黑芯聚集层变厚;随着烧结温度升高,样品的平衡氮分压增大,渗氮驱动力减弱,黑芯聚集层变薄;此外,Ti(C, N)原料粒度越细,烧结致密化前的脱氮反应越剧烈,样品氮损失越多,平衡氮分压越低,渗氮作用越强,且当氮分压为1.5 kPa时,陶瓷表面出现柱状渗氮组织。研究发现,在1 470℃、1.5 kPa氮分压下,烧结的Ti(C, N)基金属陶瓷样品表面有较厚的富黑芯层与富黏结相层,晶粒分布均匀,平均黑芯晶粒尺寸为0.69μm,样品表现出较佳的综合性能。

烧结温度和保温时间对Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织结构和性能的影响

通过氮气氛烧结制备了Ti(C,N)-WC-TaC-NbC-Co-Ni金属陶瓷,研究了烧结温度和保温时间对Ti(C,N)基金属陶瓷芯部和表面的微观组织结构及性能的影响。结果表明:Ti(C,N)基金属陶瓷表面在渗氮的作用下会形成富无环黑芯和黏结相层;随着烧结温度的升高,样品的平衡氮分解压力增大,渗氮作用减弱,表层富无环黑芯和黏结相层变薄;而随着保温时间的延长,表层富无环黑芯和黏结相层逐渐变厚,次表层缺黑芯越来越明显。随着烧结温度升高和保温时间延长,溶解再析出过程加剧,芯部Ti(C,N)黑芯体积分数减少,环相变厚且无环黑芯数量减少,硬质相晶粒尺寸增加。随着烧结温度的升高,合金硬度、钴磁和矫顽磁力逐渐减小,断裂韧性先增加后减小;随着保温时间的延长,硬度和断裂韧性均有先下降后升高的趋势,而钴磁和矫顽磁力逐渐增大。在1500℃保温40 min烧结的样品综合性能最好,维氏硬度达到1544 HV30,断裂韧性为9.0 MPa·m^(1/2),钴磁和矫顽磁力分别为4.74和9.42 kA/m。

塑性变形在氢致断裂中的作用

采用慢应变速率拉伸方法，研究了Ｆｅ－Ｓｉ试样在空气中拉伸、动态充氢拉伸及在空气中预应变一定量后动态充氢拉伸等实验条件下的断裂过程．结果表明，只有在充氢过程中进行塑性变形才能引起氢致开裂，即塑性变形是氢致开裂的必要条件，氢致开裂过程是氢与位错交互作用的过程．

多组元硬质合金的热力学研究及其在微观组织控制中的应用

硬质合金是一种多组元多相材料,其制造过程涉及复杂的热力学和动力学过程。为了给硬质合金的开发提供理论依据,基于建立的热力学数据库CSUTDCC1,将通过CALPHAD计算模拟的结果与其他文献中的实验结果进行了比较,以验证热力学数据库的准确性和热力学计算方法的高效性。同时,为展示热力学计算在硬质合金设计中的应用,包括合金成分、烧结温度和N2气氛控制等的确定,通过热力学计算和实验验证,研究了Cr、V、Ta、Nb、Zr等元素在钴黏结相和M6C碳化物中的饱和溶解度,论述了热力学计算在硬质合金发展中的具体作用。

温度对Ni/Nb/Ni复合中间层连接YG20和42CrMo钢扩散层微观组织和抗拉强度的影响

以Ni/Nb/Ni作为复合中间层,采用固态真空扩散法分别于1150℃和1200℃下保温1 h连接YG20和42CrMo钢。利用扫描电镜、能谱仪、X射线微区衍射仪及力学试验机,对不同温度下的扩散层微观组织结构和抗拉强度进行了分析。试验结果表明:在YG20/Ni和Ni/42CrMo钢界面处形成了(γFe,Ni)和(Ni,Co)固溶体。碳原子从YG20与42CrMo钢两端向复合中间层扩散,并在扩散层形成碳化物。结合相图热力学计算的C-Ni-Nb等温截面和扩散层物相的实验表征,分析了复合中间层物相的形成机理,Ni/Nb界面处的物相依次为NbNi+NbC、NbC和NbNi。NbNi和NbC的热膨胀系数差异导致NbC易从NbNi基体中剥离,形成孔洞。随着连接温度由1150℃升高至1200℃,更多的NbC析出,导致孔洞量增加,使得基体的抗拉强度从40 MPa降低至24 MPa,且均以脆性模式在NbNi+NbC层失效。

硬质合金中异常长大晶粒生长方向的EBSD研究

在硬质合金烧结过程中的晶粒异常长大是影响硬质合金产品质量的重要问题,本文采用EBSD分析硬质合金中异常长大晶粒的取向,结果表明:由于硬度大,样品进行金相抛光后可直接进行EBSD分析;粗晶晶粒生长完整,没有亚晶界;在烧结过程中,WC晶粒沿晶向{1120}﹤110﹥择优生长。

非化学计量化合物与过渡族金属碳化物、氮化物研究进展

本文介绍了非化学计量化合物的研究历史及研究内容,介绍了过渡族金属碳化物、氮化物的物理特性及应用领域。

不同工艺制备的超细WC对合金烧结过程及其性能的影响

分别将两种工艺制备的超细碳化钨粉末制备成成分为WC+0.2%VC+0.6%Cr_3C_2+6.5%Co的混合料,测量两种混合料压坯在烧结过程中的收缩率的变化,并比较烧结后的四项性能和金相组织。研究结果表明,两种工艺制备的超细碳化钨粉末混合料表现出不同的烧结特性:1#碳化钨混合料收缩率为17.52%,收缩时间较短;2#碳化钨混合料的收缩率为18.25%,收缩时间较长。1#碳化钨混合料由于WC结晶完整、活性小,在湿磨过程中增氧较少,钴磁较高,烧结后合金的金相组织均匀,没有粗大晶粒;反之2#碳化钨混合料烧结后钴磁较低,合金的金相组织有粗大晶粒。

超细Cr_3C_2粉末的制备

将CrO3溶解于有机溶液中,通过喷雾干燥制得非晶态含铬的粉末前驱体,将前驱体粉末真空还原/碳化后得到超细Cr3C2粉末。采用X射线衍射仪﹑扫描电镜对工艺过程进行分析,分析结果表明:前驱体为10μm～20μm非晶态球形粉末,在真空中当温度升高到400℃时,前驱体粉末开始分解,生成微晶Cr2O3。当温度升高到550℃时,微晶Cr2O3迅速长大,前驱体粉末全部转变为Cr2O3与游离C原子级别混合均匀的复合粉末;温度升高到1150℃时得到碳化完全的Cr3C2粉末,粉末的一次颗粒粒度为0.5μm左右。

超细V_8C_7和Cr_3C_2粉末的制备方法

制备V8C7和Cr3C2粉末的传统方法是将V(Cr)氧化物与固体碳球磨混合﹑二次碳化而成,此方法存在碳化温度高﹑粉末粒度粗等缺点。本文介绍了几种国外制备超细V8C7和Cr3C2粉末的制备方法。

V_8C_7有序-无序相变及衍射消光规律的研究

V8C7有序-无序相变是一类重要的相变。本文通过利用x射线衍射和差热分析研究其相变过程，并计算V8C7、VC0.875衍射消光规律。研究结果表明：V8C7在1200-1300℃之间发生有序一无序相变，相变的温度点为1242℃，（110）、（111）、（210）、（211）、（320）、（421）、（432）晶面产生的衍射超结构线消失。通过对δ-VC1-x和V8C7结构振幅的计算，得到δ-VC1-x衍射消光规律：当h、k、l全为奇数时衍射强度减弱；当h、k、l全为偶数时衍射强度加强；h、k、l为两偶一奇或两奇一偶时完全消光。V8C7衍射消光规律：由于空位有序分布，产生超结构线的晶面为（110）、（111）、（210）、（211）、（320）、（421）、（432）。

超细WC粉末微观缺陷的研究

超细WC粉末是制备超细硬质合金的主要原材料,本文采用XRD﹑SEM﹑TEM等分析手段,研究了三种不同粒度的超细WC粉末中微观缺陷的种类及其在晶粒中的分布,探讨了超细WC粉末微观缺陷的形成原因。分析结果表明:超细WC粉末主要为多晶颗粒,其位错密度较大,高于常态下一般的金属或合金。其微观缺陷的存在形式主要有位错﹑层错﹑孪晶等。在钨转化为碳化钨的相变过程中,钨原子密度由6.309 446个/nm3降低为3.211 922个/nm3,体积膨胀31%,为了释放其中的应力,必须存在有数量较多的缺陷。

氧化钒制取碳化钒的热力学分析

采用热力学的方法对以五氧化二钒为原料制取碳化钒的工艺过程进行了分析,分析表明:钒氧化物的转化过程中遵守逐级还原理论。钒氧化物碳化过程中,不转化为金属钒,直接转化为碳化钒。在钒氧化物的转化过程中,应尽可能使其转化为二氧化钒。若采用气相还原碳化的方法,可通过调节气体的流量、配比、还原与碳化工艺参数进行质量控制。

WC-(Ti,W)C-(Ta,Nb)C-Co试样烧结过程中组织结构的变化

将成分为WC-5%（Ti,W）C-5%（Ta,Nb）C-6%Co的混合料在1 150、1 200、1 250、1 300、1 350、1 400、1 450℃不同的温度下烧结,保温30 min制备成烧结体。利用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪研究各温度下烧结体的相成分和组织结构变化。研究结果表明：当烧结温度为1 150℃时,烧结体中存在四种物相：白色的WC,浅灰色的（Ta,Nb）C,深灰色棱角分明的（Ti,W）C和深灰色的Co相。当烧结温度升高到1 200℃时,（Ti,W）C和（Ta,Nb）C发生轻微的固溶反应形成（W,Ti,Ta,Nb）C相,WC向（Ti,W）C中扩散形成W含量更多的（Ti,W）C相。当温度升高到1 250℃时,（Ti,W）C相几乎消失,（Ta,Nb）C相进一步减少,形成大量的成分不均匀的（W,Ti,Ta,Nb）C相。当温度升高到1 300℃时,（W,Ti,Ta,Nb）C相的成分均匀化过程基本完成。当温度升高到1 350~1 450℃时,WC晶粒进一步长粗,烧结体中存在三个稳定的相：WC、（W,Ti,Ta,Nb）C、γ。

碳化钒有序-无序相变的热力学研究

本文分析了碳化钒由无序相转变为有序相转变的热力学问题,建立了基于碳化钒中不同类型键相互作用与熵值和自由能的函数关系,求解了碳化钒由无序相转变为有序相转变后碳原子和空位的有序度,结合粉末的DSC的测定曲线和XRD衍射分析表明:在T=1 515 K时,碳化钒粉末存在有序-无序相变,其具有一阶相变特征,有序度将由0.23突变为0。

碳化温度对V_8C_7粉末性能的影响

采用X衍射和透射电镜研究碳化温度对"V_2O_5溶于有机酸→喷雾干燥→真空碳化"制备的V_8C_7粉末性能的影响。结果表明:随碳化温度的增加,V_8C_7粉末的化合碳含量增加,游离碳含量降低;在1 000℃碳化时,粉末有唯一的VC_(1-x)相,而在1100～1200℃碳化时,可得到有序分布的完整V_8C_7相;粉末在1 100℃碳化后,颗粒尺寸为30～50 nm,晶粒尺寸约为30 nm,粉末颗粒为类球形且分散性好;该制备方法可有效降低V_2C_7粉末的碳化温度,获得晶粒细小的V_8C_7粉末。