晶粒生长抑制剂在硬质合金中的微观行为

研究晶粒生长抑制剂在硬质合金中的微观行为对于硬质合金晶粒生长抑制机理的研究、晶粒生长抑制剂的选择、合金制备工艺的优化以及合金质量稳定性的控制均具有重要意义。本文作者从过渡族金属碳化物对WC-Co合金中WC晶粒生长的抑制效果、常用晶粒生长抑制剂对WC-Co合金液相温度的影响以及晶粒生长抑制剂在WC-Co合金中的界面偏析行为等方面介绍晶粒生长抑制剂在WC-Co合金中的微观行为,并对晶粒生长抑制剂的选择原则与添加量的确定方法进行探讨。

基于多元晶粒生长抑制效应的Al_2O_3-TiC复相陶瓷的制备与性能研究

基于多元晶粒生长抑制效应,利用热压烧结方法制备了细晶高致密的Al2O3-TiC复相陶瓷。研究发现,仅利用第二相TiC的晶界钉扎效应,即使其含量高达30wt%,也不能有效地抑制Al2O3基体的晶粒生长。在TiC作为第二相的基础上,引入微量MgO和Y2O3,通过TiC晶界钉扎、MgO溶质滞阻和Y2O3晶界偏析等多元晶粒生长抑制作用,Al2O3基体晶粒尺寸从5.12μm显著减小到1.82μm,Al2O3-TiC复相陶瓷的断裂韧性从3.99±0.18 MPa·m1/2提高到5.24±0.22 MPa·m1/2。研究结果表明:利用多元晶粒生长抑制效应的协同作用,可显著细化Al2O3基复相陶瓷的显微结构,改善其力学性能。

硬质合金中碳含量对晶粒生长抑制剂抑制效果的影响

配制两批不同总碳为5.66%和5.70%的混合料,在不同烧结温度下制备WC-9Co(含0.8%的Cr_3C_2/VC)超细晶硬质合金,检测了混合料中氧含量及WC晶粒大小、应变随球磨时间的变化情况,研究了不同烧结温度下WC-9Co硬质合金的磁学性能随球磨时间的变化。结果表明,滚动球磨不能破坏晶粒尺寸达到纳米级的WC原料微观晶粒;不同总碳混合料随球磨时间延长其氧含量均呈上升趋势,符合线性规律,但高总碳的混合料中氧含量上升速度较慢;超细晶硬质合金的Com值(即碳含量)是影响H_c值的主要因素,随Com值增加H_c先升高后降低并呈抛物线规律,在特定的Com值达到最大值,据此可以推测其主要原因是硬质合金碳含量影响Cr、V元素在WC/Co界面析出形成抑制WC晶粒长大的(W,Cr)C_x和(W,V)C_x界面相,进而影响抑制效果。

WC-TiC-TaC无金属粘结相硬质合金的热压致密化与晶粒生长行为

采用Cr、V掺杂超细WC与TaTiC2型单一相成分WC-36.5TiC-24.5TaC复式碳化物粉末为原料,通过1 700℃、20 MPa热压工艺,制备WC-3.65TiC-2.45TaC-0.47Cr3C2-0.28VC无金属粘结相硬质合金。采用X射线衍射分析技术研究烧结过程中的物相转变,采用扫描电镜与能谱仪对合金微观组织结构特征进行观察与分析。结果表明,在高温、高压固相烧结过程中,发生了W原子向复式碳化物中的大量固溶、TaTiC2型固溶体向TiWC2型固溶体的物相转变以及固溶体中Ta、Ti原子向WC中的反向固溶。合金固相烧结致密化主要机制为W原子与Ta、Ti原子之间的非平衡体扩散机制以及高温、高压下物质的粘性/塑性流动机制。W原子在固溶体型复式碳化物粘结相中的各向异性溶解-析出会显著削弱晶粒生长抑制剂的功能,导致板状WC晶粒的形成。

Cr_(3)C_(2)/VC复合抑制剂比例对WC-10%Co超细晶硬质合金微观结构和力学性能的影响

本文以WC-10%Co为研究对象,添加质量分数1.0%的Cr_(3)C_(2)/VC复合抑制剂,在1410℃下烧结1 h,制备了WC-10%Co-Cr_(3)C_(2)/VC超细晶硬质合金,研究了Cr_(3)C_(2)/VC复合抑制剂比例对物相组成、WC晶粒尺寸和粒度分布、WC三维形貌及力学性能的影响。结果表明:随Cr_(3)C_(2)含量的减少和VC含量的增加,WC平均晶粒尺寸先快速后缓慢减小,WC粒度分布不断变窄;WC形貌由三棱柱向台阶三棱柱转变,WC(0001)晶面上的台阶数量不断增加,这些台阶会显著降低合金的断裂韧性和抗弯强度;WC-10%CoCr_(3)C_(2)/VC超细晶硬质合金的硬度先快速后缓慢增加,而断裂韧性和抗弯强度先快速后缓慢降低;当w(Cr_(3)C_(2))∶w(VC)=4∶1时,WC-10%Co-0.8%Cr_(3)C_(2)-0.2%VC硬质合金具有最优的综合性能,其维氏硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为17.05 GPa、9.26 MPa·m^(1/2)和3650 MPa。

Cr_(3)C_(2)和VC复合抑制剂对超细WC-9%Co硬质合金制备及性能的影响

针对超细晶WC-Co硬质合金的制备,WC晶粒生长抑制剂的运用尤为重要。本研究采用粉末冶金方法制备了超细WC-9%Co硬质合金,研究了Cr_(3)C_(2)和VC复合抑制剂对超细WC-9%Co硬质合金制备、微结构及性能的影响。结果表明:随着复合抑制剂中VC的增加,即Cr_(3)C_(2)的减少,合金的晶粒尺寸、断裂韧性逐渐降低,矫顽磁力、钴磁逐渐升高,横向断裂强度则先增高后降低;同时,随着VC配比的增加到一定程度合金逐渐出现VC偏析现象。综合来看,WC-9%Co-0.5%Cr_(3)C_(2)-0.5%VC超细硬质合金表现出较优的综合物理性能(矫顽磁力38.9 kA/m、钴磁7.82%、密度14.44 cm^(3)/g)、力学性能(洛氏硬度94.0 HRA、维氏硬度2010 HV30、横向断裂强度4691 MPa)。

抑制剂对纳米WC-10Co复合粉末烧结性能的影响

以液相复合-连续还原碳化方法制备的纳米WC-10Co(以质量计)复合粉末为原料，选择VC和Cr_3C_2作为超细WC-10Co硬质合金晶粒生长抑制剂，研究晶粒生长抑制剂加入量对超细WC-10Co硬质合金组织、晶粒和性能的影响。实验结果表明：超细WC-10Co硬质合金中WC晶粒度随着晶粒生长抑制剂加入量的增加而减小，纳米WC-10Co复合粉中加入0.4％VC和0.4％Cr_3C_2(以质量计)晶粒生长抑制剂，经1 380℃真空烧结60min，1 320℃低压处理30min后，可以得到平均晶粒度380 nm、断裂强度3.55 GPa和Rockwell A硬度92.6综合性能较好的超细WC-10Co硬质合金。过多添加晶粒生长抑制剂反而降低了超细WC-10Co硬质合金的性能。

超细硬质合金晶粒生长抑制剂VC、Cr_3C_2作用机理的研究

本文以液相复合-连续还原碳化方法制备的掺杂有VC和Cr3C2抑制剂的纳米复合WC-10Co粉末为原料,采用真空烧结+低压处理的工艺制备超细WC-10Co硬质合金,运用原子力显微镜(AFM)和场发射扫描电镜(FESEM)确定VC和Cr3C2抑制剂在硬质合金中的分布,讨论其抑制晶粒生长的机理。一部分VC、Cr3C2抑制剂吸附在WC晶粒表面形成30nm～50nm的沉淀物,降低WC晶粒的表面能;一部分VC、Cr3C2溶解在Co相中,降低WC在液相中的溶解度;其余VC、Cr3C2沉积在WC晶界,从而有效地抑制WC晶粒的长大。

超细硬质合金中晶粒生长抑制剂的作用

关于晶粒生长抑制剂对硬质合金性能的影响 ,国内外许多学者作了较为广泛的研究 ,但对其作用机理 ,至今仍不明晰。本文详细介绍了几种常用的晶粒生长抑制剂 ,归纳了抑制剂的几种作用机理及其对合金性能影响。

传统硬质合金晶粒生长抑制机理面临的挑战及其突破途径

介绍了传统硬质合金晶粒生长抑制机理-吸附机理与溶解度机理所面临的挑战以及硬质合金晶粒生长抑制机理研究的突破途径。指出,VC+Cr3C2+Ln(稀土)新型高效晶粒生长复合抑制剂的开发与V-Cr-Ln自润滑功能基元的最新发现为硬质合金晶粒生长抑制机理研究与功能导向高性能超细硬质合金研发提供了获得重要突破的可能,抑制剂掺杂硬质合金烧结过程中合金组元之间的溶解与界面偏析协同行为研究是晶粒生长抑制机理、合金强韧化机理以及稀土掺杂硬质合金服役过程中稀土定向迁移机理研究的关键环节与亟待解决的重要科学问题。同时也介绍了抑制剂掺杂硬质合金烧结过程中合金组元之间溶解与界面偏析协同行为的研究方法与研究意义。

WC-Ni硬质合金粘结相成分优化研究

为了提高WC-Ni硬质合金的力学性能,对其粘结相成分优化做了研究。保持粘结相总量不变,通过添加少量的Fe粉来代替等质量的Ni粉,研究烧结体微观结构和力学性能随Fe粉添加量增加而变化的情况。研究发现,WC-Ni基硬质合金中加入少量的Fe粉即可起到明显的晶粒抑制作用;随着Fe添加量的增加,烧结体的强度呈现先上升后下降的趋势,而硬度则呈现一直上升的趋势;WC-7%Ni-1%Fe硬质合金的力学性能可达到Cr或Mo掺杂的WC-Ni硬质合金的水平。

VC/Cr_3C_2对微波烧结超细WC-10Co性能的影响

利用微波烧结技术,研究了添加VC/Cr3C2晶粒生长抑制剂对WC-10Co超细硬质合金微观结构及性能的影响。结果表明,添加总量质量分数为0.6%的抑制剂的合金的综合性能最好,过量的抑制剂反而会降低合金性能;并且微波烧结合金不论是否有晶粒长大抑制剂,均能得到均匀的细晶结构。

VC,Cr_3C_2对WC-Co纳米粉烧结性能的影响

研究了WC-10Co纳米复合粉的热压烧结,确定合理的烧结温度为1360℃.在纳米WC-10Co复合粉中分别掺杂1.0％VC和1.0％Cr3C2(质量分数),根据烧结体的断裂强度、洛氏硬度等性能和断口形貌,研究了晶粒生长抑制剂VC,Cr3C2对纳米复合WC-10Co粉末烧结性能的影响.结果表明,纳米WC-10Co复合粉掺杂1.0％VC或1.0％Cr3C2,在1 360℃烧结,可以得到晶粒度小于300nm的整体性能较好的超细WC-Co硬质合金,掺杂1.0％VC抑制晶粒生长的效果要好于掺杂1.0％Cr3C2.

微量钴对无金属粘结相WC硬质合金烧结致密化与WC晶粒生长行为的影响

采用Cr3C2、VC掺杂超细WC为原料和无压真空烧结工艺,通过合金微观组织结构的观察与分析,研究了添加质量分数为0.3%的Co对无金属粘结相WC硬质合金烧结致密化与WC晶粒生长行为的影响。结果表明,微量Co的存在加速了WC的烧结致密化过程,与此同时也导致了WC晶粒明显的各向异性非连续晶粒长大。在上述研究基础上,提出了一种无金属粘结相WC硬质合金的低成本制备工艺,探讨了超细硬质合金中WC晶粒生长机制,提出了超细硬质合金的质量改进建议。

低压等离子喷涂纳米YSZ-Al_2O_3涂层组织性能的研究

低压等离子喷涂纳米氧化锆热障涂层,具有独特的组织结构。纳米团聚颗粒在高温等离子射流中部分熔化后沉积到基体上,团聚颗粒能够保留部分纳米结构,形成一种以纳米晶为主的纳米-微米二元结构涂层,为热障涂层的制备提供了一种新的技术方案。YSZ涂层高温服役中,纳米晶粒容易烧结长大。本文通过向YSZ粉体中加入少量的纳米α-Al_2O_3,探讨其抑制YSZ热生长的机制。首先制备了YSZ-Al_2O_3纳米混合物团聚粉末,并借助低压等离子喷涂技术制备涂层。结果表明纳米晶区占主导地位,纳米晶区嵌有少量的微米晶粒。涂层经1400℃,10h热处理,微观组织结构分析表明,α-Al_2O_3的加入对YSZ晶粒热生长具有部分抑制作用。

纳米结构WC-Co复合材料的研究

纳米结构材料,也称纳米晶体材料,是一种近几年才问世的新型材料。本文对纳米结构 WC-Co粉末的烧结,晶粒生长和力学性能进行了初步研究。结果发现,如果在纳米结构 WC-Co 粉内加入晶粒生长抑制剂。就会使 WC-Co 粉末在5min 或15min 内致密化。在一定温度下加热的过程中,在前几分钟内(<5min)晶体很可能通过聚集而极快的生长。经最初的迅速生长阶段后,晶粒的生长服从粗化的线性关系。而且还发现,用纳米结构粉末制成试样的表面抗裂性比一般超细粉未试样更好。