WC-Co硬质合金冲蚀模型研究及应用

WC-Co硬质合金是制造固定式节流阀阀芯的主要材料,高压天然气携带着井底杂质颗粒在节流阀节流降压的过程中,对节流阀的核心部件阀芯产生冲蚀破坏。因此,以牌号为YG15的WC-Co硬质合金为研究对象,构建室内冲蚀实验平台,以确定YG15硬质合金的冲蚀模型并结合仿真验证。将冲蚀模型进一步应用至固定式节流阀冲蚀仿真中,预测固定式节流阀阀芯的使用寿命。研究结果表明,确定了YG15硬质合金的冲击角函数和在90°冲击角下的速度指数为2.48;当冲蚀角度由30°增加至90°时,YG15硬质合金靶材的冲蚀磨损量由847.1 mg增加至1235.6 mg;固定式节流阀冲蚀最严重的部位位于节流孔处,冲蚀磨损率随颗粒质量流率的增大而增大;对固定式节流阀进行寿命预测,在颗粒质量流较小的情况下,对节流阀固定油嘴保持一年一换;在颗粒质量流较大时,保持半年内更换一次。

基于平台巴西劈裂试验下WC-Co硬质合金的动态响应与失效特性

为获取WC-Co硬质合金在动态拉伸加载下的力学性能和失效机制,设计了动态平台巴西劈裂试验。结果发现,WC-Co硬质合金具有典型的弹脆性特征,且断裂应变随着加载应变率的增加而略有增加。在一维应力波加载下,WC-Co硬质合金的动态抗拉强度随应变率的增加而增加,表明其应变率效应具有明显的正相关性,该效应的产生机制与典型陶瓷类材料是一致的,即由I型裂纹的亚临界扩展决定。对回收破碎试样进行微观形貌观察,发现平台圆盘中间位置处微观断裂模式主要为沿晶断裂,且在拉应力作用下形成韧窝断裂形貌;在靠近加载点位置区域,受多向应力作用,材料不仅存在韧窝断裂,在单个晶粒的局部劈裂表面还存在河流花样的解理断裂。宏观角度上,WC-Co硬质合金表现出明显的脆性特征,但微观角度却发现有局部塑性变形特征。

沉积温度对不同Co含量WC-Co/SiC/Diamond界面结合性能的影响

本文构建了Co质量分数分别为6%、8%、10%和12%的WC-Co/SiC/Diamond金刚石涂层硬质合金界面模型,利用分子动力学方法模拟了不同沉积温度对其界面结合强度的影响,从黏附功及键长分布两个方面进行具体分析。黏附功分析结果表明,与其他三种Co含量界面模型相比,WC-6%Co/SiC/Diamond界面模型在七个沉积温度下所包含的两种界面的黏附功值均为最高值,并且在不同沉积温度下,WC-6%Co/SiC/Diamond界面模型所包含的WC-6%Co/SiC界面、SiC/Diamond界面的黏附功分别在1123、1173 K时最大,为2.468、5.394 J/m^(2)。键长分布概率分析结果表明,与其他三种Co含量界面模型相比,在任一沉积温度下,WC-6%Co/SiC/Diamond界面模型各界面处键长分布范围的最大值较小,且在1123 K时在WC-6%Co基体上沉积SiC中间层,在1173 K时在SiC中间层上沉积Diamond涂层后,该界面模型界面处的键长最短,键能最大,界面结合性能最好。

超粗晶WC-Co硬质合金制备技术及发展趋势

超粗晶硬质合金因其独特的组织特征,表现出良好的抗冲击性、耐磨性、抗热疲劳性等优势,在凿岩、冲压模具、热轧辊领域具有极大的发展潜力,在硬质合金领域备受关注。本文概述了超粗晶硬质合金的特点及增韧机理,介绍了目前粗颗粒WC原料粉末和超粗晶硬质合金的制备工艺,以及超粗晶硬质合金性能强化方法的探索情况,最后对超粗晶硬质合金的发展趋势提出了几点思考。

微米及纳米WC-Co基BDD污水处理电极的制备研究

硼掺杂金刚石(BDD)是高级氧化法污水处理领域的一种电极材料,其衬底材料的选择是电极涂层制备的核心问题之一,良好的衬底材料可提高膜基结合力,从而延长电极的使用寿命。本文提出以热膨胀系数较小的WC-Co为衬底,采用热丝化学气相沉积(HFCVD)法制备微米、纳米两种表面形貌的BDD电极,并利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、拉曼光谱、X射线光电子能谱(XPS)、循环伏安法对两种电极的物理性能、表面状态及电化学性能进行表征,研究结果表明:在沉积速率方面,微米薄膜是纳米薄膜的1.5倍,但纳米薄膜具有更小的残余应力,仅为-0.6 GPa;两种电极在0.5 mol/L的H_(2)SO_(4)溶液中均展现较宽的电化学窗口(约为3.7~3.9 V)和极小的背景电流,在K_(3)[Fe(CN)_(6)]氧化还原系统中表现出良好的准可逆特性,这些特性均与常规Si、Nb、Ti基BDD电极相似。在此基础上,本文对两种电极开展了苯酚模拟废水处理和加速寿命试验(ALT),结果显示:相同参数下,纳米电极在ALT中使用寿命约为423 h,明显优于微米电极的310 h;在苯酚氧化实验中,两种电极对苯酚均展现了较好的矿化效果,化学需氧量(COD)处理的电流效率为88%~94%,与标准BDD电极相接近。因此,WC-Co或可作为BDD污水处理电极的良好衬底材料。

WC-Co基硬质合金烧结过程中的脱氧行为

硬质合金的碳含量是影响组织和性能的重要因素,研究其烧结过程中的脱氧行为是实现硬质合金碳含量和磁性能可控的关键。通过球磨制备了各种原料粉末以及硬质合金混合料,采用X射线光电子能谱(XPS)分析氧化物种类,通过热分析质谱联用仪(DSC-TG-MS)表征烧结过程碳氧反应的热量和重量变化以及气体释放信息,详细研究了WC-Co基硬质合金烧结过程的脱氧行为。结果表明,在球磨增氧作用下,混合料中形成了CoO、WO_(3)、Cr_(2)O_(3)、Ta_(2)O_(5)等氧化产物。在高温碳氧还原过程中,CoO和WO_(3)在450~800℃依次被还原。晶粒抑制剂Cr_(3)C_(2)和TaC会在烧结过程中被钨氧化物氧化,氧化产物在800~1050℃被还原,对烧结过程产生重大影响。研究结果可为烧结工艺的优化提供依据。

NiCr过渡层对高速火焰喷涂WC-Co涂层摩擦磨损性能及疲劳磨损性能的影响

WC-Co涂层作为一种性能优异的涂层,逐渐被应用于轧辊的表面防护,目前大量实验研究的有热喷涂、激光熔覆制备WC-Co涂层。本文提出用高速火焰喷涂(HVOF)在常用轧辊材料Q235钢表面制备WC-Co涂层,同时在WC-Co涂层和基体之间加入NiCr过渡层。利用SEM、XRD、摩擦磨损测试、疲劳磨损测试等测试方法,对涂层形貌结构以及各项性能与无过渡层涂层进行对比研究。结果表明,加入NiCr过渡层后,WC-12Co+NiCr、WC-10Co-4Cr+NiCr涂层硬度分别为1059.64 HV_(0.3)、1016.96 HV_(0.3),比WC-12Co涂层(960.01 HV_(0.3))、WC-10Co-4Cr涂层(1012.20 HV_(0.3))更高。WC-12Co+NiCr涂层的磨损率(5.19×10^(-15)m^(3)·(N·m)^(-1))远低于WC-12Co涂层(6.59×10^(-15)m^(3)·(N·m)^(-1)),WC-12Co涂层在疲劳磨损中的磨损量2644.58×10^(-12)m^(3)减少到WC-12Co+NiCr涂层的1193.20×10^(-12)m^(3)。

全球WC-Co硬质合金专利技术发展态势研究

WC-Co硬质合金的发展历程已有百年,在航空航天、新能源和半导体等领域中得到广泛应用。本文对WC-Co硬质合金全球专利的申请趋势、技术热点、技术流向和创新主体进行了分析。研究发现:WC-Co硬质合金领域的技术创新和专利申请正经历阶段性调整期;中国已成为全球最具吸引力的市场之一,国外创新主体在刀钻具和合金基体改进两大技术分支的在华专利布局上表现积极;全球创新主体重点关注的技术分支是合金基体改进;国外创新主体更加注重刀钻具相关技术的研发和专利申请,而中国创新主体更侧重于合金基体改进、粉体制备和合金制备等技术的研发和专利申请,在刀钻具方面的专利申请与国外存在较大差距;日美欧企业,如三菱公司、山特维克和肯纳金属等仍然保持行业领先地位;与国外龙头企业相比,国内创新主体的海外专利布局相对薄弱,缺乏足够的海外市场竞争力,协同创新水平有待提高。

Cr对超音速火焰喷涂WC-Co涂层抗中性盐雾腐蚀性能的影响

研究了超音速火焰喷涂(HVAF)WC-Co和WC-CoCr涂层的抗化学腐蚀性能。采用XPS对超音速火焰喷涂涂层的表面和内部进行了分析,在中性NaCl溶液中对涂层进行了电化学分析。结果表明,WC-Co中的粘结相Co主要呈金属单质,而WC-CoCr涂层中粘结相分别呈单质Co和Cr2O3。电化学极化测试表明,WC-Co涂层处理明显提高了基体的腐蚀电位,而添加Cr后则进一步提高了腐蚀电位。400 h中性盐雾腐蚀结果表明,WC-CoCr涂层的抗化学腐蚀性能优于WC-Co涂层的。腐蚀后的SEM表明,腐蚀介质先腐蚀涂层中的粘结相,当腐蚀介质扩散到基体中则优先腐蚀基体。添加少量的Cr在粘结相中形成了Cr2O3陶瓷钝化相,有利提高HVAF WC-Co涂层的抗腐蚀性能。

超细WC-Co复合粉的原位反应合成及烧结致密化

以微米级蓝钨(WO2.9)、四氧化三钴(Co3O4)和炭黑(C)为原料,采用真空原位还原碳化反应制备超细WC-Co复合粉末,经过真空烧结得到WC-Co合金块体。利用扫描电镜、X射线衍射仪观察和分析复合粉末及合金显微形貌及物相组成,研究原料粉末中配碳量对WC-Co复合粉及合金物相与力学性能的影响。结果表明:所得平均粒径为300 nm的超细WC-Co复合粉末的主相均为WC和Co相,含有少量的η相(Co3W3C);原料粉末中配碳量(质量分数)为16.69%较为合适,此时可获得物相纯净、平均晶粒尺寸470 nm的超细晶WC-Co硬质合金,合金的横向断裂强度为2 464 MPa;原料粉末中配碳量为16.85%时,合金中存在少量的游离碳,横向断裂强度只有1 946 MPa。

冷喷涂制备纳米结构超硬WC-Co涂层及其结构表征

采用纳米结构WC-12Co粉末通过冷喷涂方法制备了纳米结构WC-Co涂层,测量了粉末粒子沉积的临界速度。通过X射线衍射、扫描电镜和透射电镜表征了涂层微观结构,采用维氏硬度计测定了涂层显微硬度。研究了单个WC-Co粉末粒子的沉积行为,为了比较分析涂层与相应烧结块材的性能差异,测量了WC颗粒尺寸。研究结果表明,采用纳米结构WC-12Co粉末可以成功制备纳米结构WC-Co涂层;涂层组织致密,喷涂粉末中的纳米结构在冷喷涂过程中完全移植到了涂层。涂层的维氏显微硬度达到1820 HV0．3,与相应烧结纳米WC-Co块材的硬度相当。并对WC-Co粉末的沉积行为与粉末结构对涂层的影响进行了分析讨论。

316不锈钢/WC-Co涂层在锌液中的腐蚀

研究了经高速火焰喷涂(HVOF)的316不锈钢WC-Co涂层在锌液中的腐蚀行为,包括腐蚀速度、界面组织形貌和成分的变化。结果表明,WC-Co涂层在锌液中的腐蚀表现为沿裂纹的腐蚀。涂层中的缺陷造成裂纹源,在锌液和热喷涂过程留下的残余热应力的作用下,发生裂纹扩展,形成沿裂纹的腐蚀。铬和铝的扩散能力都比锌强,在产生裂纹的初期,铬和铝将优先锌扩散到裂纹中。如果适当改善喷涂工艺,增加涂层的致密度,可以延长涂层的使用寿命。

线爆炸法制备WC-Co硬质合金涂层的实验研究

描述了线爆炸喷涂的基本原理。利用自行研制的线爆炸装置,分别在真空和大气环境下进行了高速喷涂WC Co硬质合金涂层的实验,得到了亚微米的超细晶涂层,涂层的最高硬度达Hv=2190,为原始材料硬度的1.4倍;在涂层与基体结合面处发现了不同于涂层和基体组织的过渡层;对涂层的显微硬度、金相组织和结合强度进行了检测和分析。

超音速火焰喷涂WC-Co与NiCr-Cr_2C_3涂层磨损性能研究

采用超音速火焰喷涂(HVOF)工艺制备了WC-Co和NiCr-Cr2C3涂层,测定了涂层孔隙率、显微硬度及油润滑下摩擦磨损过程中涂层材料失重,得出涂层摩擦系数随时间的变化关系,分析了涂层摩擦磨损机理。结果表明,WC-Co和NiCr-Cr2C3涂层致密,孔隙率分别为1.29%和1.08%,显微硬度分别为1140HV0.3和950HV0.3。两种涂层均在摩擦时间25min时进入稳定磨损阶段,稳定摩擦系数均为0.1,涂层摩擦失重极小。油润滑下WC-Co涂层的摩擦磨损方式主要以为接触疲劳为主,伴随轻微的粘着磨损和磨粒磨损;NiCr-Cr2C3涂层碳化物的剥落和表面划痕较为明显,表面裂纹明显增多。

连续还原碳化法制备纳米WC-Co复合粉研究

传统方法制备超细WC-Co混合料工艺过程复杂,制备的粉末成分及粒度分布不均匀,晶粒较粗,生产成本高.本研究采用连续还原碳化法,以偏钨酸铵、醋酸钴、热解碳源等为原料,在喷雾干燥、连续还原碳化系统中进行实验,对短流程制备工艺进行了探讨.通过喷雾结晶、低温还原碳化制备出纳米级WC-Co复合粉.研究结果表明:在900℃温度下,碳化反应完全,制得的WC-Co复合粉晶粒度小于100 nm.连续还原碳化法制备粉末的工艺流程短,易于实现产业化.

基体表面粗糙度对HVOF喷涂WC-Co粒子变形的影响

研究了超音速火焰(HVOF)喷涂WC-Co粒子过程中,基体表面粗糙度对粒子平化变形特征及粒子基体间结合性能的影响.实验结果表明:随基体表面粗糙度增大,粒子铺展过程中受到的阻力增大,圆形或近似圆形的粒子比例减少,不规则形貌粒子的比例增加;同时WC-Co粒子与基体间的物理机械嵌合强度提高;适当延长基体吹砂处理时间可增强粒子与基体间的结合强度.

渗碳工艺对WC-Co梯度硬质合金的梯度结构和硬度的影响

对缺碳硬质合金采用渗碳处理制备梯度硬质合金,利用显微组织分析和维氏硬度测试等方法,研究渗碳工艺对梯度硬质合金的梯度结构和硬度的影响。结果表明:渗碳处理后随着渗碳时间延长,梯度层厚度增大,长时间渗碳还会出现梯度结构消失现象;渗碳时表面层WC晶粒长大,且渗碳时间越长晶粒长大越严重;渗碳后梯度硬质合金的表面硬度明显提高;渗碳后合金的表面硬度明显高于烧结态合金的表面硬度;随着渗碳时间的延长,合金表面硬度先增大后减小;合金的硬度在截面上沿梯度方向呈连续梯度变化,合金表面层因WC含量较高、钴含量较低而具有较高的硬度,中间层因钴含量较高、WC含量较低,其硬度较低。

用流态化工艺制备WC-Co粉末

用偏钨酸铵和硝酸钴原料喷雾干燥制成ＣｏＷＯ４／ＷＯ３复合粉末，用流态化反应炉使之在Ｈ２和ＣＨ４／Ｈ２气相中连续。原碳化成ＷＣ－Ｃｏ粉末，着重研究了不同还原碳化工艺及其产物的形成机理。测试结果表明，所制ＣＯＷＯ４／ＷＯ３复合粉末呈均气球形的非晶和微晶混合态，ＷＣ－Ｃｏ粉末的晶粒细小均匀、相纯度高，适于制备超细晶粒的ＷＣ－Ｃｏ硬质合金。

爆炸喷涂WC-Co/MoS_2-Ni多层复合自润滑涂层的摩擦学行为

采用爆炸喷涂技术研制WC-Co/MoS_2-Ni多层复合自润滑涂层,系统研究涂层的微观结构、元素分布、结合强度和摩擦磨损性能。结果表明:在高温爆炸喷涂过程中,少量MoS_2发生氧化分解,生成SO_2气体,残留在涂层内的SO_2气体可使局部形成微小孔洞。在摩擦测试中,WC-Co涂层在预磨阶段摩擦因数迅速上升,进入稳定阶段后,摩擦因数缓慢增加;而多层复合涂层的摩擦因数在经历预磨阶段迅速上升后,很快进入稳定阶段,直至表层WC-Co涂层被磨穿后,摩擦因数开始逐渐下降。添加自润滑涂层MoS_2-Ni后,WC-Co涂层的内聚结合强度略有下降,但减摩效果显著,摩擦因数下降了约40%,耐磨性能略有提升。

纳米WC-Co复合粉末的制备工艺及其烧结特性

综述了纳米WC -Co复合粉末制备工艺的国内外研究进展 ,总结了纳米WC -Co硬质合金复合粉末的烧结特性 ,并对目前国内外的研究现状进行了分析 。