激光熔覆制备纳米WC/Co复合涂层的研究

采用横流2.0kw CO2激光器,在45号钢表面制备了表面较平整、较细密、基本消除了裂纹与孔隙并与基体呈冶金结合的纳米WC/Co复合涂层。通过SEM,EDAX,XRD,AFM及Nano Indenter XP分析了熔覆层的显微组织、成分、物相及结合强度。结果表明,涂层的显微组织为涂层中镶嵌着大量与Ni基合金结合良好的WC/Co颗粒,其中在原子力显微镜下可见相当数量的粒度≤100nm的纳米颗粒。涂层的结合强度比传统热喷涂提高了2.3倍。涂层中纳米WC/Co在激光熔覆中的纳米效应起着重要作用。

纳米WC/Co硬质合金粉末烧结早期的晶粒长大研究

研究了纳米晶粒WC/Co硬质合金烧结早期的晶粒长大问题,利用X射线衍射、TEM等技术对烧结过程中晶粒变化情况进行分析,并在此基础上探讨了烧结早期的晶粒长大机制。实验结果表明:WC晶粒长大在加热过程已经发生;晶粒开始长大温度为1000℃,在1100℃部分晶粒长大到100nm;在1200℃,有更显著的晶粒长大发生,有些尺寸达到400nm。烧结过程中WC晶粒形状变得规则化。烧结早期WC晶粒长大是在晶粒旋转合并机制与局部液相烧结机制共同作用下完成。

纳米WC/Co经激光烧结后的晶粒再细化

采用激光烧结技术对纳米WC/Co粉末进行了非平衡烧结的初步研究,通过X射线衍射分析和透射电镜显微分析(TEM),发现激光烧结不仅能够保持纳米WC/Co为纳米晶结构,还可望使纳米WC晶粒进一步细化.如原纳米尺寸平均为150 nm的WC/Co,经一定功率密度的激光烧结后(激光功率为1 000～1 600W,扫描速度为2～2.5 m/min),其晶粒平均尺寸变为30～45 nm.

45钢表面激光熔覆镍基纳米WC/Co镀层显微组织研究

采用CO2激光在45钢表面镀覆镍基纳米WC/Co复合镀层。通过SEM、XRD、EDAX、AFM分别对此镀层的显微组织、成分、物相进行分析研究。结果表明:选择合适的激光组装工艺,可以在45钢表面获得基本消除了裂纹和孔洞并与基体呈冶金结合的镍基纳米WC/Co复合镀层。视激光镀覆工艺参数及预涂层之差异,镀层中碳化物相的形态和分布可分为4种。镀层在原子力显微镜下可见含相当数量的粒度≤100nm的纳米颗粒。

水溶化学法制备纳米WC/Co复合粉的工艺研究

喷雾转化法即水溶化学法,以可溶性钨盐与钴盐为载体掺加自来水以溶解生成复合溶液,后干燥喷雾处理构成化学成分分布相对均匀的前驱体粉末,再还原碳化便可生成纳米WC/Co复合粉,其不仅化学稳定性良好,且可完全满足高性能硬质合金制备要求。据此,本文主要对纳米WC/Co复合粉制备方法进行了简单概述,并详细阐述了水溶化学法制备纳米WC/Co复合粉的工艺,以期能够为纳米WC/Co复合粉制备工艺优化提供可参考依据。

原位表面改性的纳米WC/AlSi10Mg合金增强机制

采用静电自组装工艺合成-系列不同纳米WC含量的表面改性Al Si10Mg粉末,并使用激光选区熔化(SLM)技术制备纳米WC/AlSi10Mg复合材料。结果表明,SLM制备的纳米WC/AlSi10Mg材料中形成多种Al-W金属间化合物相,通过(002)(α(Al))//(104)Al_(5)W的取向关系,证实具有4.7%的低晶格失配度的Al/Al5W可形成良好共格界面。纳米WC颗粒和Al-W相可促使柱状晶转变为等轴晶,获得精细的等轴晶组织。同时,SLM制备的3%(质量分数)纳米WC/Al Si10Mg复合材料具有最优的力学性能,抗拉强度为(464.1±8.68) MPa,伸长率为(5.6±0.95)%。此外,与其他WC/AlSi10Mg复合材料相比,SLM制备的3%WC/AlSi10Mg样品的平均摩擦因数和磨损率最低,分别为0.429和3.842×10^(-5)mm^(3)/(N·m)。力学和磨损性能的提升主要归因于晶粒细化和第二相析出强化作用。

激光熔覆添加纳米WC/Co合金粉末涂层的组织与抗裂性能

利用CO2激光宽带熔覆技术在45钢表面制备了添加纳米WC/Co-N i基、WC/Co-Fe基熔覆层。用SEM、EDS、XRD进行观察和分析,对比研究了添加纳米WC/Co-N i基、WC/Co-Fe基熔覆层的形貌、组织结构、强化相的形状及其分布。结果表明,N i基熔覆层中物相主要为黑色(Fe,N i)、B2Fe3N i3基体上分布着WC、Cr2Fe14C等白色的碳化物相,而Fe基熔覆层中的白色碳化物相中有W2C、Fe3W3C。在优化的工艺参数下,通过连续控制微观结构要素,可以实现成分、组织的变化,获得无气孔、无裂纹的熔覆层。采用EVANS压痕法测得喷焊N i基WC/Co复合陶瓷涂层断裂韧度KIC的平均值为9 MN.m-3/2,而在现有维氏硬度计最大载荷50 kg的情况下,激光熔覆添加纳米WC/Co合金粉末涂层得到的熔覆层仍无裂纹出现,证实了激光熔覆添加纳米WC/Co合金粉末涂层的抗裂作用。

纳米WC硬质合金制备新工艺

文章综述了制备纳米WC、WC Co粉体的几种方法。着重阐述了纳米WC Co硬质合金的烧结新工艺 :微波烧结、二阶段烧结、快速热等静压烧结和等离子体活化烧结等。与传统烧结方法相比 ,使用这些烧结新工艺制备的产品性能更优异 ,有很大的发展前景。

激光熔覆微纳米WC颗粒增强镍基金属陶瓷涂层的裂纹研究

采用激光熔覆技术在45钢表面制备了微纳米WC颗粒增强镍基金属陶瓷涂层,研究了不同含量WC颗粒涂层的开裂行为。结果表明:当涂层中加入的WC含量分数不超过20%时,涂层具有较好的韧性,采用合适的激光熔覆工艺可以制备出无裂纹的Ni基金属陶瓷涂层。当涂层中WC质量超过30%时,涂层脆性增加,且其开裂敏感性随WC含量的增加而增加。涂层内的裂纹主要有萌生于涂层表层的粗大裂纹及萌生于气孔的内部微裂纹等。涂层中的微裂纹扩展机制主要为颗粒与基体间的界面脱粘以及基体金属的韧性开裂。涂层中未出现微米级颗粒增强金属陶瓷常见的颗粒开裂现象。

激光熔覆微-纳米WC复合涂层的干摩擦磨损性能

以微米和纳米12％Co-WC颗粒为增强相,自熔合金粉末Ni60B为粘结剂,采用激光熔覆的方法在45钢表面制备出微-纳米WC增强Ni基合金复合涂层;在MM200磨损试验机上与硬质合金磨轮进行了不同载荷和距离的干磨损试验。并利用SEM、TEM、X-射线、显微硬度计等手段分析熔覆涂层在磨损前和磨损后的显微组织和硬度,研究了各涂层在此干摩擦条件下的磨损机理。结果表明,纳米晶WC的加入能改善涂层的耐磨性能,当纳米级WC和微米级WC各为15％时,涂层耐磨性能最佳,但纯纳米晶WC增强涂层耐磨性不佳,其主要磨损破坏方式随涂层中WC晶粒尺寸变化而有所变化。

电刷镀Ni-P/纳米WC复合镀层工艺及性能研究

为了改善电刷镀Ni-P镀层的硬度和耐磨性,通过在电刷镀Ni-P镀液中加入纳米WC微粒制备Ni-P/纳米WC复合镀层,研究了镀液中纳米WC含量与镀层中纳米WC含量的关系;测定了不同WC含量对镀层硬度和镀层结构的影响。考察了试样在1 mol/LH2SO4,1 mol/LHCl及3%NaCl介质中的耐蚀性。采用扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射(XRD)研究了Ni-P/纳米WC镀层的性能。结果表明,Ni-P/纳米WC电刷镀复合镀层耐蚀性能与原电刷镀Ni-P镀层相当,耐磨性优于电刷镀Ni-P镀层。镀液含25 g/L纳米WC时,电刷镀复合镀层的显微硬度为918 HV。

喷雾干燥与低温还原碳化法制备纳米晶WC-Co复合粉末

传统的纳米WC-Co复合粉末制备通常是将超细WC粉和Co粉在高能球磨机中进行研磨破碎得到，粉末形状不规则，成分、粒度分布不均匀，容易掺杂，难于满足大批量工业化生产。以偏钨酸铵（AMT）、可溶性钴盐、有机碳源为原材料，采用喷雾干燥、煅烧、低温还原碳化工艺制备纳米晶 WC-Co 复合粉末。对粉末进行碳含量、氧含量、松装密度测定以及形貌观察和物相分析。结果表明：WC-Co复合粉末外观多呈空壳球形骨架结构， Co对WC晶粒形成纳米级包覆，各成分分布均匀，一次颗粒尺寸在100～200 nm之间。粉末具有流动性好、晶粒细小且均匀等特点，适用于制备超细硬质合金，在堆焊和喷涂领域有广阔的应用前景。

纳米结构WC/12Co涂层精密平面磨削表面残余应力有限元模拟与试验

对金刚石砂轮精密平面磨削纳米结构WC/12Co涂层的磨削表面残余应力进行有限元模拟,忽略相变影响,基于ANSYS平台,利用ANSYS参数设计语言完成建立模型、给定材料属性、划分单元、加载和求解整个过程。对纳米结构WC/12Co涂层表面磨削残余应力进行试验研究,通过改变磨削条件得到不同磨削条件下残余应力的变化规律。将试验结果与相同磨削条件下的有限元模拟结果进行对比,发现试验结果与有限元模拟结果是一致的,证明了有限元模型的正确性。

激光熔覆Ni基微-纳米WC金属陶瓷涂层组织及干滑动磨损性能

在45钢表面进行添加微-纳米WC颗粒的镍基自熔粉末激光熔覆处理,得到不同Ni基WC合金涂层。对熔覆层进行显微组织观察、硬度测定以及室温干摩擦磨损试验。结果表明,纳米晶WC的加入能改善涂层的耐磨性能,在本试验条件下,当添加的纳米级WC和微米级WC各为15%时,涂层耐磨性能最佳;但纯纳米晶WC增强涂层耐磨性不佳,其主要磨损破坏方式随涂层中WC晶粒尺寸变化而有所变化。

纳米WC/PTFE镍基复合电刷镀层的摩擦磨损与耐腐蚀性能

针对单一纳米颗粒电刷镀镀层综合性能存在的不足,利用电刷镀技术在45钢基材上制备含纳米WC和PTFE的镍基复合镀层。采用扫描电子显微镜观察电刷镀复合镀层的表面形貌和显微结构,球盘式摩擦磨损试验机测试其干摩擦条件下摩擦磨损性能,在pH=4浓度为0.05mmol/L的硫酸溶液中进行耐腐蚀性试验。结果表明:在镀液中添加不同含量纳米粒子,可以不同程度填补粒子之间的空缺,使镀层表面平整、光滑;含纳米WC和PTFE镍基复合镀层的耐磨损和耐腐蚀性能强于纯镍基镀层和45钢基体,这是由于纳米粒子细晶强化和弥散强化所致;当含1.5g/L纳米WC与7g/L纳米PTFE乳液的复合镀层耐磨损性能最佳;含1g/L纳米WC与5g/L纳米PTFE复合镀层的耐腐蚀性能较纯镍基复合镀层提高一倍;45钢的磨损机制是粘着磨损,纯镍基镀层的磨损机制是剥层磨损,纳米WC/PTFE镍基复合镀层的磨损机制是磨粒磨损。

激光熔覆纳米WC颗粒增强型合金粉末的研究

以Ni60作为粘接金属,掺入纳米WC为增强相,在16Mn钢表面用激光熔覆技术制备具有高耐磨性、高硬度和无裂纹的金属基复合材料熔覆层,分析了纯Ni60和不同含量纳米WC熔覆层的微观组织。在相同工艺条件下,讨论了纳米WC含量对熔覆层金相组织和表面硬度的影响,为制备高性能且与基体呈冶金结合的熔覆层提供了依据。结果表明,含纳米WC的合金粉末熔覆层硬度均高于纯Ni60粉末熔覆硬度,且随着纳米WC含量的增加,熔覆层表面硬度也增大,当纳米WC含量达到5%时,熔覆层表面出现了裂纹。

(Ni-P)-Co/WC纳米颗粒复合电刷镀层的组织性能分析

采用电刷镀技术制备(N i-P)-Co/W C纳米颗粒复合镀层,用扫描电子显微镜、X-射线衍射仪和电子探针测定了复合刷镀层表面形貌、微观组织结构及成分分布。结果显示,复合镀层中的组织结构更加致密,显微硬度比镍-磷合金镀层有较大程度的提高。

等离子喷涂纳米粒子混合WC-Co涂层性能研究

采用等离子喷涂技术制备了WC–Co涂层,所采用2种喂料分别为普通微米材料和混合纳米粒子的材料。分析了涂层的显微形貌、物相成分以及显微硬度、耐磨性等。研究结果表明:喷涂态的纳米WC粒子混合WC–Co涂层中的WC晶粒尺寸小于100nm。纳米WC粒子混合涂层晶粒尺寸更小,WC颗粒分布更加均匀。WC颗粒的弥散强化和细晶强化作用使得涂层韧性、塑性更好。减缓了应力的集中,使微裂纹的产生和扩展几率降低。纳米WC粒子混合涂层更易生成高硬度的η1相以及立方结构物质,改善了涂层的塑性,使滑移方向更多,提高了涂层抵抗磨损的能力。纳米WC粒子混合涂层的细晶强化效应使得WC颗粒的接触数量更多,提高了涂层的硬度。普通涂层的磨损表面存在很多细小的裂纹,容易产生脆性断裂。纳米WC粒子混合涂层韧性较好,抗磨损能力更强。

纳米WC粉氢处理脱除游离碳的研究

将高碳含量的纳米WC粉末在氢气流中进行热处理脱除游离碳,研究处理温度、保温时间和H2流量等工艺参数对WC粉碳含量及粒度的影响。结果表明,在温度为940℃,H2流量为3.5L/min,保温时间为100min的工艺条件下,可以将碳含量由9.74%降低至6.20%,处理后纳米WC颗粒无明显长大。当处理温度高于970℃会导致WC化合碳损失而生成W2C相,并造成WC颗粒长大。

纳米WC增强选区激光熔化AlSi10Mg显微组织与力学性能

为了进一步增强选区激光熔化(SLM)成型AlSi10Mg合金的性能,采用物理混合方法混合纳米WC与AlSi10Mg得到WC质量分数为0.1%的WC/AlSi10Mg复合材料,利用选区激光熔化成型机制备试样块。通过对比同种工艺制备的AlSi10Mg试样,探究纳米WC对其微观组织形成、演变规律及其组织对力学性能的影响。结果显示,WC/AlSi10Mg粉末球形度好,粒度分布集中在20~60μm。WC/AlSi10Mg试样致密度达到99%以上,硬度约为158.89HV,相比AlSi10Mg试样增加了14.58%。WC/AlSi10Mg试样组织生长均匀、致密,有明显的熔池线。晶粒内部为α-Al基体,边界为夹杂着WC的共晶Si相。WC/AlSi10Mg试样屈服强度达到337.75 MPa,抗拉强度高达514.00 MPa,伸长率为3.78%,相比同种工艺AlSi10Mg试样分别增加了4.73%,6.25%和35.97%。因此,SLM成型WC/AlSi10Mg纳米复合材料零件相比AlSi10Mg零件具有更好的应用前景。