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。

超细/纳米晶WC基硬质合金制备技术研究发展现状

超细/纳米晶WC基硬质合金具有超高强度、硬度和韧性等优点,在汽车、航空航天、国防军工等领域有着重要应用。然而,超细/纳米级WC粉末粒度小、活性大,控制超细/纳米级WC粉末在烧结过程中的快速长大粗化成为一个巨大的挑战。为了获得超细/纳米晶WC基硬质合金,从原料粉末制备、新型烧结技术开发、晶粒长大抑制剂添加和新型硬质合金设计等方面综述最新的研究进展,分析优化的制粉和烧结工艺获得的WC粉末的粒度以及烧结后合金的力学性能,并对比各种晶粒生长抑制剂对WC基硬质合金微观结构和性能的影响,比较新型的烧结方法,如低压热等静压烧结(Sinter-HIP)、放电等离子体烧结(SPS)和微波烧结(MS)对WC基硬质合金微观结构和性能的影响,阐述典型的新型纳米级硬质合金的微观结构和性能,包括无黏结剂硬质合金和高熵黏结相的硬质合金,并展望超细/纳米晶WC基硬质合金的发展前景和研究重点,以期为现代超细/纳米晶硬质合金材料及技术的发展提供新的途径。

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。

纳米晶WC-Co硬质合金的研究现状

概述了国内外纳米晶硬质合金的发展现状。纳米晶WC-Co硬质合金制备的关键技术主要包括:优质纳米晶WC粉的制备和烧结过程中WC晶粒长大的控制。综述了优质纳米晶WC粉的特点和制备技术,以及目前国内外烧结过程中控制晶粒长大采取的主要措施:添加晶粒长大抑制剂、调整烧结工艺和开发新型烧结方法。列举了合金的实际应用领域,展望了纳米晶硬质合金的发展前景。

火花等离子烧结技术制备的WC/Co纳米硬质合金

研究了火花等离子烧结工艺与YG10、YG12两种纳米硬质合金性能的关系。然后采用火花等离子烧结技术制备了硬质合金功能梯度材料,该材料由纳米WC/10%Co、纳米WC/12%Co、微米WC/15%Co混合粉以及不锈钢圆片烧结而成。显微硬度压痕显示该材料各层间的应力较小。

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。

纳米WC硬质合金的制备、结构和力学性能

本文综述了纳米ＷＣ硬质合金的制备、结构和力学性能的研究现状，并将其与传统的ＷＣ硬质合金进行了比较，表明纳米ＷＣ硬质合金具有更优异的物理性能。另外，结合自己的研究工作，阐述了化学机械合金化法制备纳米Ｗ２Ｃ粉体的动力学特点。

纳米WC-Co硬质合金的微观组织特征

采用高能球磨工艺制备WC 10Co 0 8VC 0 2Cr2 C3纳米复合粉末,快速热压烧结制备纳米硬质合金块体,应用OM ,SEM ,TEM和EDXS观察合金的显微组织。观察发现纳米WC Co硬质合金的显微组织中粘结相呈空间网状结构贯穿于多边形状WC骨架空隙之间,在WC晶粒中观察到了呈团絮层状纳米析出相的存在,析出相为Co富集相,其形成机理是纳米WC Co材料结构失稳,在外加热场。

配碳量对放电等离子烧结无粘结剂纳米WC硬质合金的影响

研究了配碳量对放电等离子烧结制备无粘结剂纳米WC硬质合金的烧结行为、相组成、致密度、硬度及晶粒大小的影响。结果表明:纯纳米WC粉直接烧结,样品的晶粒度为300～400nm,致密度及硬度均较高,但主相变为缺碳相WC1-x和W2C;配碳量为0.05%～0.25%时,样品中有少量缺碳相;配碳量为0.40%时,可以正确成相;配碳量为0.50%时,则出现游离碳;粉末配碳球磨后,因烧结过程提前到较低温度下完成,1800℃烧结时晶粒急剧长大且不均匀。

放电等离子技术快速烧结纳米WC-10%Co-0.8%VC硬质合金

研究了放电等离子烧结(SPS)纳米WC-10%Co-0.8%VC硬质合金的致密化机理,并与真空烧结的制品显微组织及性能进行对比。SPS特殊的直流脉冲电压使烧结中蒸发-凝固、塑性流动、表面扩散等过程得到加强,使制品在低温下快速致密,有效抑制了晶粒的长大,如在1200℃烧结5min的制品平均晶粒尺寸<100nm。与真空烧结相比,SPS可以使制品在低温、短时间内获得高密度、高硬度,如1300℃烧结3min,制品相对密度达97.7%,HV30比相同烧结温度下真空烧结30min的相对密度92.8%的制品高近16.4%。SPS烧结温度降低至1200℃,虽然密度有所降低,但HV30和KIC分别提高了15.4%和12.2%。

高能球磨制备纳米WC-8(Fe/Co/Ni)RE硬质合金研究

用高能球磨法及真空烧结工艺制备纳米WC-8(Fe/Co/Ni)RE硬质合金。球磨时间、烧结工艺、稀土添加量对合金性能有重要影响,通过对球磨时间、烧结工艺、稀土添加量等环节的优化控制,在球磨60小时、1430℃烧结、加入Y占Co重量1%情况下,可制备出平均粒度为700nm左右、硬度达90.7HRA的纳米WC-8(Fe/Co/Ni)RE硬质合金。

纳米粉末溶解法制备粗晶WC-Co硬质合金

特粗晶硬质合金是一类发展中的先进矿业用硬质合金。采用纳米粉末溶解法制备特粗晶硬质合金,得到WC平均晶粒尺寸为8~9μm的特粗WC-Co硬质合金,研究发现纳米粉末可通过扩散机制控制小晶粒粗化。此方法不仅使WC平均晶粒尺寸增加,而且使WC-Co硬质合金的WC晶粒尺寸分布的均匀性得到提高;同时复杂形状晶粒明显减少,晶粒发育得到改善。

机械合金化制备纳米WC硬质合金粉的研究

综述了机械合金化的原理、设备和特性。论述了用机械合金化技术制备纳米WC硬质合金粉的影响因素。

纳米晶WC-Co硬质合金中WC晶粒度的定量测量

通过改进金相样品的制备方法,将纳米晶WC10Co硬质合金在场发射扫描电镜10万倍放大倍率下可获得衬度良好、WC晶粒轮廓清晰的二次电子像。采用截距法定量测量了合金中WC晶粒尺寸,结果表明:WC晶粒尺寸分布范围为12～109nm,平均晶粒尺寸45nm,对应的三维WC平均晶粒度为70nm。根据合金中WC在低角度(2θ≤50°)的(001)WC,(100)WC和(101)WC晶面衍射峰数据,用X射线衍射Scherrer公式测定的WC晶粒度的统计平均值为91nm,与定量金相分析结果接近并且都进入了纳米尺度范畴。实验还比较了WC晶粒的统计数量和人为因素对评估数据的影响。

纳米晶WC-10Co硬质合金复合粉末的烧结行为及性能

研究了机械合金化制备的纳米晶WC-10Co复合粉末的真空烧结特征,分析了孔隙度、显微硬度与烧结时间和温度的关系,考察了改性ZrO2纳米粉体对烧结的作用。结果表明:在1325℃,15min的烧结条件下,样品的相对密度达到了98.6%;显微硬度随着烧结时间的延长和烧结温度的升高先增加后降低,在1325℃烧结15min条件下,合金的最大硬度为22950MPa;改性ZrO2纳米粉体既有利于晶粒长大的控制,同时又有利于材料致密化的进行,可以显著的提高烧结合金的性能。

纳米Ni粉对WC-8Ni硬质合金性能的影响

将WC-8Ni硬质合金中的粘结剂用不同比例的纳米镍Ni粉替代,采用常规硬质合金的工艺制备出合金试样,测试其物理力学性能,研究不同比例的纳米Ni粉及不同的烧结温度对合金性能的影响。结果表明,在适当比例的纳米镍粉及烧结温度下,合金的性能得到很大的提高。

纳米级WC—Co硬质合金

简要介绍了纳米级ＷＣ／Ｃｏ粉末的制造方法，纳米合金的优异性能及其烧结行为。

纳米碳化钒对超细WC基硬质合金的影响

研究了在放电等离子烧结(SPS)条件下,纳米碳化钒(V8C7)对超细WC基硬质合金的相组成、微观组织及性能的影响。结果表明:超细WC基硬质合金主要由WC和Co3C两相组成,相对于未烧结的硬质合金材料,WC的衍射峰向小角度方向偏移;纳米碳化钒可以有效抑制超细WC基硬质合金中WC晶粒的长大,并且随着纳米碳化钒比表面积的增大而增强,添加比表面积为63.36m2/g的纳米V8C7后,硬质合金中大部分WC的晶粒尺寸<0.5μm;纳米碳化钒对超细WC基硬质合金的性能具有重要影响,并且随着纳米碳化钒比表面积的增大而增加,添加比表面积为63.36m2/g的纳米V8C7后,超细WC基硬质合金具有较高的性能(相对密度99.7%,洛氏硬度93.4,断裂韧性12.7MPa.m1/2)。

高能球磨-快速热压烧结工艺制备纳米晶粒WC-Co硬质合金

采用高能球磨 快速热压烧结工艺制备了纳米晶粒WC Co硬质合金块体 ,并对合金的物理、力学性能及微观组织进行了分析测试。研究结果表明 :高能球磨合成的纳米WC Co复合粉末通过快速热压烧结 ,可在较低的烧结温度 ( 13 0 0℃ ) ,较短的保温时间 ( 15min) ,较快的升温速率 ( 12 0℃ /min) ,不太高的压力 ( 3 5MPa)下获得高致密的纳米硬质合金块体 ;通过添加 0 .8%的VC和0 .2 %的Cr3 C2 作为晶粒生长抑制剂 ,并采用低温、短时、快速、加压烧结的快速热压烧结工艺 ,在一定程度上控制了纳米WC晶粒的快速长大 ,制备出了平均晶粒尺寸约为 2 0 0nm且综合性能较高的纳米WC Co硬质合金块体。

反应热处理技术制备纳米晶WC-6Co硬质合金复合粉末

对反应热处理技术(高能球磨+热处理)合成纳米晶WC6Co硬质合金复合粉末的可行性进行了研究。结果表明,元素粉末经球磨活化后可降低WC的形成温度;在800℃反应热处理时,复合粉末中存在WC和W2C两种碳化物;而高于950℃热处理时,W、C则完全转化为WC相。纳米晶WC6Co复合粉末中WC的晶粒尺寸随热处理时间延长、温度的升高而增大;在950℃热处理保温30min的条件下可获得WC晶粒尺寸为33.3nm的纳米晶WC6Co复合粉末。