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。

Mo添加对WC-Ni硬质合金微结构及性能的影响

采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和性能检测等方法研究了不同Mo添加量对WC-Ni-Mo硬质合金的WC粒度、硬度、摩擦磨损和耐腐蚀性能的影响。结果表明:在研究的成分范围内(w(Mo)=1.5%~2.0%),WC的平均晶粒尺寸基本不随Mo添加量的变化而变化;随Mo添加量的增加,WC-Ni-Mo硬质合金的硬度略微有所下降,而摩擦磨损性能得到提升。Mo质量分数为2%的WC-Ni-Mo硬质合金在酸性溶液中的耐腐蚀能力要高于Mo质量分数为1.5%的合金,并且具有更好的电化学稳定性。总体来看,WC-8.0%Ni-2.0%Mo合金的综合性能优于WC-8.5%Ni-1.5%Mo硬质合金。

以高熵合金作为黏结相的WC基硬质合金的研究进展

WC-Co硬质合金在制造业中应用广泛,高性能、低成本黏结相的选择和设计是当前硬质合金黏结相替代领域的难点和热点。高熵合金(HEA)作为黏结相可细化WC晶粒,提高硬质合金的硬度、断裂韧性、耐腐蚀性和抗氧化性。本文分别从HEA黏结相成分设计、WC-HEA制备技术、微观组织结构、综合性能等方面概述WC-HEA硬质合金的研究进展,阐述了该领域所面临的烧结特性差、易产生相变等问题。以期为HEA作黏结相的强韧化机理的探讨、WC-HEA复合材料的组织-力学性能间构效关系的揭示提供参考。

超细/纳米晶无黏结相WC硬质合金的研究进展

无黏结相WC硬质合金(Binderless tungsten carbide,BTC)因具有传统硬质合金无可比拟的优异耐磨性、抗腐蚀性、极佳的抛光性和抗氧化性,在耐冲蚀、高耐磨的工具、精细刀具以及石油、页岩气开采等领域有很好的应用前景。超细/纳米晶BTC制备的关键问题之一是如何控制WC晶粒的长大,本文从超细/纳米WC粉末的制备技术、BTC材料成分设计及成型工艺和烧结技术等方面对超细/纳米晶BTC的相关研究成果进行综述,强调了原料WC粒度、第二相化合物添加、先进成型工艺和烧结技术在BTC致密化过程中的关键作用,对比了不同成分体系、不同烧结工艺下超细/纳米晶BTC材料的性能差异;指出超细/纳米晶BTC制备过程中存在的主要问题为致密化和强韧化,可通过已开发的多种先进烧结技术及第二相增强增韧技术来解决,但尚未实现工业化应用;最后,阐明了超细/纳米晶BTC的发展趋势为在低温低压下获得更细的致密烧结体。

WC-Co硬质合金塑形域加工去除机理的研究

因硬质合金极高的硬度和稳定性,其超精密加工仍然是玻璃透镜模压模具生产中重要且成本高昂的一环。主流的塑形域加工相关技术在硬质合金上的应用并不尽人意。本文通过纳米压痕测试、维氏压痕测试、单点金刚石车削、变切深刻划等实验方法,研究了WC-Co硬质合金的去除机理。首先,根据车削结果和观察讨论了传统塑形域加工理论在硬质合金上应用的有效性;其次,分析了机械加工过程中表面可能出现的微观缺陷和控制方法;最后,探索了减少WC晶粒破碎的临界切削参数,并在此基础上进行单点金刚石车削,证实了临界切削参数控制加工表面微观缺陷的有效性。

硬质合金基体表面金刚石涂层韧性与热稳定性研究进展

硬质合金因具有较高硬度、强度与韧性等综合优势而成为重要的切削工具材料,通过在硬质合金表面进行涂层可以延长使用寿命。金刚石涂层由于具有极高硬度、耐磨性、高热导率和低热膨胀系数,成为加工碳纤维复合材料、石墨和陶瓷等材料的首选。然而,低韧性是限制硬质合金基体表面金刚石涂层进一步应用的主要缺点。同时,高热稳定性是硬质合金基体表面金刚石涂层在高速高温切削条件下稳定服役的关键。本文基于硬质合金基体表面金刚石涂层的结构与成分设计的研究现状,重点综述了多层及梯度金刚石涂层设计对其韧性及相关性能的影响及机理,就提升金刚石涂层热稳定性的策略与增强机理进行分析。综述了金刚石涂层制备工艺,并对准确评价金刚石涂层断裂韧性及热稳定性的实验方法进行总结,旨在寻找“硬而韧”且具有高热稳定性的硬质合金基体表面金刚石涂层设计方法,以有效提升切削工具使用性能。

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《硬质合金》是株洲硬质合金集团有限公司、中国钨业协会硬质合金分会主办、硬质合金国家重点实验室、株洲硬质合金集团有限公司科学技术协会协办的全国公开发行的专业性技术刊物,创刊于1962年,1982年经湖南省委批准,成为正式公开发行刊物,国内统一刊号为CN43-1107/TF,国际标准刊号为ISSN1003-7292。

2024年硬质合金特邀学术报告会征文通知

硬质合金作为工业的牙齿、现代制造业的脊梁,与国民经济的发展密不可分,在中国强国战略中起着不可或缺的关键工具材料的作用。1953年,国家将发展硬质合金工业列为第一个五年计划的156项重点项目之一,1954年在湖南株洲奠基建厂,拉开了我国硬质合金规模化生产的序幕,经70载砥砺奋斗,中国硬质合金产业逐步走上世界舞台。

2024年硬质合金特邀学术报告会征文通知

硬质合金作为工业的牙齿、现代制造业的脊梁,与国民经济的发展密不可分,在中国强国战略中起着不可或缺的关键工具材料的作用。1953年,国家将发展硬质合金工业列为第一个五年计划的156项重点项目之一,1954年在湖南株洲奠基建厂,拉开了我国硬质合金规模化生产的序幕,经70载砥砺奋斗,中国硬质合金产业逐步走上世界舞台。虽然中国硬质合金行业取得了令世界瞩目的进步,但重大原创性成果缺乏,一些关键核心技术仍深陷受制于人的困境,在前沿基础研究领域、功能材质研究、极端服役、绿色智能制造等方面还需要有新的突破。

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《硬质合金》是株洲硬质合金集团有限公司、中国钨业协会硬质合金分会主办、硬质合金国家重点实验室、株洲硬质合金集团有限公司科学技术协会协办的全国公开发行的专业性技术刊物,创刊于1962年,1982年经湖南省委批准,成为正式公开发行刊物,国内统一刊号为CN43-1107/TF,国际标准刊号为ISSN1003-7292。

诚邀您参加第十七届中国国际粉末冶金及硬质合金展览会

用数据展现实力,用效果赢得赞誉中国国际粉末冶金及硬质合金展览会(PMCHINA)是全球粉末冶金行业的旗舰级展会,自2008年创办之初的数百平方米,到2024年增长到45,000平方米,以年均增长30%的速度发展壮大,拥有广泛的国际知名度和全球影响力。第十六届中国国际粉末冶金及硬质合金展(2024年)云集了约800家国内外优秀企业参展。

超细硬质合金钴相分布均匀性对PCB铣刀使用性能的影响

将钴质量分数为6%的3种钴相均匀性不同的超细硬质合金棒材制成PCB铣刀,对3种超细硬质合金棒材及PCB铣刀样品进行物理力学性能、显微组织结构和铣刀使用性能的对比,使用ICALIBUR钴相分析软件定量分析硬质合金棒材钴相分布均匀性,研究钴相分布均匀性对PCB铣刀使用性能的影响。结果表明:钴相分布均匀性在物理力学性能上没有体现,只能通过直接的钴相分布检测方法进行检测,钴相分析软件检测显示,钴相质量分数在5%~7%的微区间,样A为50%,样B为66%,样C为80%。制成PCB铣刀后,钴相均匀性较差的样A、样B比钴相均匀性较好的样C寿命低20%以上。钴相分布均匀性差会造成硬质合金棒材制成的铣刀刃局部区域的硬度不均匀,使得铣刀在使用过程中产生磨损不均匀和崩缺现象,导致使用寿命降低。

高温高压制备WC-3%Co硬质合金及其物理力学性能表征

高温高压法是合成宝石的有效方法,应用于复合材料的制备,具有超高等静压力和合成时间短这两大优势。本文采用高温高压法制备WC-3%Co硬质合金,利用万能试验机、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计等对试样进行物相组成和力学性能表征。研究了烧结温度对WC-3%Co硬质合金物相和物理力学性能的影响。结果表明:通过高温高压烧结可以确保所制备的硬质合金样品为较为纯净的WC相和Co相;样品的相对密度随着温度的升高而升高,在1450℃时相对密度可以达到99.3%;随烧结温度的升高,样品的硬度、抗弯强度和断裂韧性均呈现先升高后降低的趋势。当烧结温度为1400℃时,制备的WC-Co硬质合金样品具有优异的力学性能,抗弯强度2230 MPa、硬度22.78 GPa、断裂韧性11.9 MPa·m^(1/2)。

以高熵合金为黏结相的金属陶瓷研究进展

近20年,许多研究者针对以高熵合金为黏结相的金属陶瓷开展了大量的研究,取得了许多有益的成果。本文系统综述了用作金属陶瓷黏结相的高熵合金制备方式,以及高熵合金黏结相金属陶瓷烧结制备技术,评价了烧结温度、烧结时间、碳含量、黏结相成分、黏结相含量等工艺参数对高熵合金黏结相金属陶瓷微观结构、力学性能、抗氧化性能和耐腐蚀性能的影响,可为高熵合金黏结相金属陶瓷的研究提供参考。

中外硬质合金领域专利价值的多元线性回归分析

文章以国内外硬质合金领域的专利数据为研究对象,构建影响专利价值的专利技术、经济和法律三维因素体系,运用多元线性回归模型探讨硬质合金领域专利价值的影响因素,挖掘影响国内外硬质合金领域专利价值的因素存在的差异性。布局国家数和权利要求数对硬质合金领域的专利价值具有显著正向影响,专利同族数对硬质合金领域的专利价值具有显著负向影响,且显著性不受专利申请地区影响;国内影响因素体系对硬质合金领域专利价值起显著正向作用的因素按影响程度依次为布局国家数、文献页数、权利要求数、IPC分类数、独立权利要求书的数量,起显著负向作用的因素按影响程度依次为专利同族数、引证专利数、专利申请人数;国外影响因素体系对硬质合金领域专利价值起显著正向作用的因素按影响程度依次为专利申请人数、布局国家数、引证专利数、权利要求数,起显著负向作用的因素为专利同族数;通过比较国内外硬质合金领域专利价值影响因素的实证结果,发现引证专利数和专利申请人数对国内硬质合金领域专利价值产生显著负向影响,但对国外硬质合金领域专利价值产生正向影响。提升硬质合金领域专利价值的建议:一是推动产学研协同创新,促进硬质合金领域技术知识流动;二是策略性布局海外硬质合金专利,提升专利产品竞争力;三是强化专利文件的撰写质量管理,提升硬质合金知识产权司法保护水平。

氧空位与异质结协同增强的TiO_(2)/WO_(3)复合光催化剂

二氧化钛(TiO_(2))因其出色的光催化活性,在光催化领域得到了广泛的研究。然而,二氧化钛的高光生载流子重组率和宽带隙限制了其应用。在这项工作中,通过在TiO_(2)中引入钨元素(W),合成了具有氧空位缺陷的TiO_(2)/WO_(3)异质结纳米复合光催化剂。氧空位的引入降低了带隙并扩大了光吸收范围,而异质结增加了光生载流子并促进了它们的分离。实验表明,TiO_(2)/WO_(3)纳米复合光催化剂具有更强的光催化活性,100 mg样品在2 h内最高可产生氢气63.7μmol。另外,TiO_(2)/WO_(3)纳米复合材料在模拟太阳光下也表现出了极佳的稳定性,这一探索为TiO_(2)基复合光催化剂的设计和制备提供了新的思路。

Cr_(3)C_(2)添加量对WC-6%Co超细晶硬质合金微结构及力学性能的影响

本文采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和性能检测等研究了Cr_(3)C_(2)添加量对WC-6%Co-(0~1.0%)Cr_(3)C_(2)超细晶硬质合金WC粒度、WC形貌及力学性能的影响。结果表明:WC平均晶粒尺寸随Cr_(3)C_(2)添加量的增加先快速后缓慢减小;添加0.25%Cr_(3)C_(2)后,诱发WC晶粒各向异向生长,WC晶粒形貌呈准三棱柱状,随Cr_(3)C_(2)添加量的增加,WC晶粒形貌更规则,最终变成三棱柱状;随Cr_(3)C_(2)添加量的增加,WC-6%CoCr_(3)C_(2)超细晶硬质合金的硬度先快速后缓慢增加,而断裂韧性逐渐降低,抗弯强度先增加后缓慢降低;当添加0.6%Cr_(3)C_(2)时,WC-6%Co硬质合金的综合性能最优,其维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为18.42 GPa、3450 MPa和9.32 MPa·m^(1/2)。

W掺杂Ti(C_(0.5)N_(0.5))的电子结构及力学性能的理论分析

采用密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法对金属原子W掺杂Ti(C_(0.5)N_(0.5))的晶格常数、弹性常数和电子结构以及电荷布居进行计算和分析,结果表明:W原子可稳定存在于(Ti_(1-x)W_(x))(C_(0.5)N_(0.5))中,但W原子的加入使得(Ti_(1-x)W_(x))(C_(0.5)N_(0.5))体系稳定性下降,增强了原子间的键能,且晶格因替换原子W与Ti的直径大小不同产生畸变,并伴随着W含量的增加会加剧晶格畸变和晶格常数失衡;由弹性常数计算结果表明,适当添加W原子能改善(Ti_(1-x)W_(x))(C_(0.5)N_(0.5))的抵抗外力变形的能力和硬度,同时可以降低晶体的脆性,且当x(W)=12%时,(Ti_(1-x)W_(x))(C_(0.5)N_(0.5))抵抗变形能力和硬度达到最佳,理论硬度HV提高了6%;电子结构计算结果显示,W原子掺杂后费米能级处态密度增加,增强了(Ti_(1-x)W_(x))(C_(0.5)N_(0.5))的导电性,且远高于Ti(C_(0.5)N_(0.5))的导电性;通过差分电荷密度图发现,W原子掺杂替换Ti会与C原子形成极性共价键,可以改善(Ti_(1-x)W_(x))(C_(0.5)N_(0.5))的固有力学性能。

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。

c'BN超高压颗粒破碎规律及其对PcBN烧结特性影响

以立方氮化硼与碳/氮化物陶瓷微粉为初始颗粒,分别设计了常温超高压挤压与高温高压烧结实验,利用激光粒度分析仪、SEM、XRD等进行表征。研究表明,超高压挤压1min即完成了颗粒破碎与86.47%以上的致密化过程,颗粒破碎机制为脆性断裂与晶内裂纹,破碎后极易团聚且流动性较差;cBN颗粒破碎率与晶粒尺寸正相关;cBN与陶瓷微粉均具有超高压与高温高压的两次颗粒致密化过程。颗粒破碎形成的活性表面与细颗粒有助于烧结致密化,但颗粒破碎引起的裂纹等“内伤”亦会对烧结体性能产生负面影响。