原位合成Ti(C,N)-WC/Ni60A基复合涂层显微结构及性能

针对农机作业中触土刀具易磨损、失效频繁、寿命低、消耗成本高等现状,研究开发了金属表面熔覆陶瓷涂层工艺。采用反应等离子熔覆技术,在Q235B钢表面制备了Ti(C,N)-WC增强Ni60A基复合陶瓷涂层。利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计、金相显微镜等对复合熔覆层的微观结构及强质硬化相的成分、组织、性能进行了分析。研究结果表明:预涂敷层中的钛(Ti)粉、石墨粉、氮化钛(TiN)粉在等离子熔覆过程中原位合成了颗粒状新生相Ti(C,N),且均匀弥散分布在熔覆层中,形成了主要由硬质相、包覆相、粘结相组成的芯-环结构;涂层平均硬度达HV0.51750,最高可达HV0.52040;涂层的磨损机理主要为磨粒磨损,与基体相比,有较好的硬度和耐磨性能,以期为农机刀具材料强化提供参考。

适宜碳化钨含量提高Ti(C,N)-WC涂层耐磨耐蚀性

为了提高农机关键部件表面强度,采用反应等离子熔覆技术,在Q235B钢表面制备了不同碳化钨WC含量的Ti(C,N)-WC金属陶瓷复合涂层。利用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机、电化学工作站对复合涂层的形貌、物相及其耐磨耐蚀性进行了分析,并与Q235B钢进行了硬度、耐磨耐蚀性对比试验。结果表明:涂层组织主要由硬质相、包覆相、粘结相组成,涂层与基体呈冶金结合;在一定范围内,随着WC含量的增加,涂层的显微硬度及耐磨耐蚀性能都有所增强,当WC质量分数为12%时涂层的耐磨耐蚀性能最优,12%WC涂层与Q235B钢基体相比,涂层硬度提高了6倍,摩擦系数为基体的2/5,磨损量为基体的1/16;在5%H2SO4溶液中,12%WC涂层的腐蚀速率为Q235B钢的1/9,在3.5%NaCl溶液中,12%WC涂层的腐蚀速率为Q235B钢的1/4,涂层较基体有更好的耐磨性、耐蚀性,该研究以期为农机材料强化提供参考。

氩弧熔覆原位自生Ti(C、N)-WC增强Ni60A复合涂层的研究

以Ni60A、TiC、TiN、WC、Co粉为原料,在Q235钢的表面用氩弧熔覆原位合成技术制备了Ti(C、N)-WC增强镍基复合材料涂层.研究了涂层的显微组织、化学成分、硬度变化和摩擦磨损特性.熔覆层组织主要由富Ni的γ(Ni,Fe)相、Ti(C、N)、WC和(Fe,Cr)xC等组成.涂层的显微硬度和耐磨性分别是基体Q235钢的6.5倍和10倍.显微硬度由表及里呈先上升后下降的阶梯状趋势,到热影响区时又明显降低.基体Q235钢的磨损机制为黏着磨损和磨料磨损,而复合涂层的的磨损形式主要是磨屑充当第三体引起的磨粒磨损.

纳米结构金属陶瓷(n-WC/Co)涂层材料精密磨削的试验研究

本文对纳米结构金属陶瓷(n—WC/Co)涂层材料在金刚石砂轮精密磨削过程中的磨削力进行了较详细的试验研究。对常规结构金属陶瓷(c—WC/Co)和n—WC/Co涂层材料的磨削力作了对比磨削试验,分析了磨削工艺参数如砂轮磨削深度、工件进给速度、金刚石砂轮结合剂类型和磨粒尺寸以及被磨试件材料特性等对磨削力的影响,结合被磨试件表面的扫描电镜(SEM)的观察,分析了n—WC/Co涂层材料磨削的材料去除机理。研究结果表明:在相同磨削条件下,纳米结构陶瓷涂层的磨削力始终高于常规结构陶瓷涂层的磨削力;在其它磨削条件相同的情况下,用金属结合剂砂轮磨削工件所需的磨削力要比树脂结合剂砂轮、陶瓷结合剂砂轮所需的磨削力大些,磨粒尺寸小的砂轮磨削工件所需的总磨削力要比磨粒尺寸大的砂轮所需的磨削力大些,磨削力随砂轮磨削深度、工件进给速度的增加而增大;一般情况下,n—WC/Co涂层材料精密磨削过程的材料去除机理中,占主导方式的是塑性成形的材料去除方式。

纳米结构陶瓷(n-WC/12Co)涂层材料精密磨削的试验研究

对纳米结构陶瓷 ( n- WC/1 2 Co)涂层材料在金刚石砂轮精密磨削过程中的磨削力进行了较详细的试验研究 ,对常规结构陶瓷 ( c- WC/1 2 Co)和 n- WC/1 2 Co涂层材料的磨削力作了对比磨削试验 .分析了磨削工艺参数如砂轮磨削深度、工件进给速度、金刚石砂轮粘结剂类型和磨粒尺寸以及被磨试件材料特性等对磨削力的影响 .结合被磨试件表面的扫描电镜 ( SEM)的观察 ,分析了 n- WC/1 2

氩弧熔覆原位合成Ti(C,N)-WC增强镍基表层复合材料的研究

以Ni60A粉、TiC粉、TiN粉、WC粉和Co粉为原料,在Q235钢的表面用氩弧熔覆原位合成技术制备了Ti(C,N)-WC增强镍基复合材料涂层。分析了涂层的显微组织、化学成分、硬度变化和摩擦磨损特性。研究结果表明:熔覆层组织主要由富Ni的γ(Ni,Fe)相,Ti(C,N),WC和(Fe,Cr);C等组成。与Q235钢基体相比,涂层的显微硬度和耐磨性分别是基体Q235钢的6.5倍和10倍。显微硬度由表及里呈先上升后下降的阶梯状趋势,到热影响区时又明显降低。基体Q235钢的磨损机制为粘着磨损和磨料磨损,而复合涂层的的磨损形式主要是磨屑充当第三体引起的磨粒磨损。

n-WC-Al_2O_3/Ni-P复合电刷镀层的电接触强化及其耐磨性能

为提高镀层的性能以及与基体的结合力,利用高能球磨技术制备出n-WC-Al_2O_3新型复合粉末,再通过纳米电刷镀技术将n-WC-Al_2O_3和Ni-P镀层共同沉积在40Cr基体表面,然后利用电接触强化技术对n-WC-Al_2O_3/Ni-P复合镀层进行再次强化。采用光学显微镜、场发射电镜、热震试验和滚动磨损试验机等对电接触强化前后复合镀层截面、与基体的结合强度以及磨损表面的微观形貌和复合镀层的耐磨性进行了分析。结果显示,经电接触强化后的n-WC-Al_2O_3/Ni-P复合镀层更加致密,与基体结合形式由机械结合变为冶金结合。未经电接触强化的复合镀层的4 h滚动磨损质量损失为815 mg,而经电接触后的4 h滚动磨损质量损失为502 mg,可见电接触强化处理使得复合镀层的耐磨性得到了明显提高。

PDC纤维微刃刀具精密切削n-WC/12Co涂层的试验研究

基于YAG激光切割方法制备了截面尺寸为10mm×0.6mm×0.3mm的聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compacts,PDC)纤维,进行了纳米碳化钨(n-WC/12Co)涂层的PDC纤维精密切削加工,纤维切削深度为微米级,切削前角分别为-30°和0°。开展了PDC纤维切削加工和金刚石砂轮(SD80N100B、SD600N100V)磨削加工的比较分析,采用Kistler测力仪对切削力进行了在线测量。基于扫描电镜对n-WC/12Co涂层加工表面形貌的观察分析,发现0°前角的PDC纤维切削加工能获得比SD600N100V金刚石砂轮磨削更好的表面形貌,-30°前角的PDC纤维切削加工与金刚石砂轮磨削加工所获得的试件的表面形貌相似,当切削深度较大时,加工表面存在碎粒状损伤形貌。基于n-WC/12Co涂层的物理与力学性能,探讨了PDC纤维切削加工机理。

WC和Mo_2C添加对Ti(C,N)基金属陶瓷切削性能的影响

传统的Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料广泛采用Mo2C来改善粘结相对硬质相的润湿性,近年来Mo的价格不断上涨,寻找低成本金属代替Mo已成为Ti(C,N)基金属陶瓷的发展趋势。为了探讨WC代替Mo2C添加的可行性及其效果,研究了WC和Mo2C添加对Ti(C,N)基金属陶瓷切削性能的影响,采用电子扫描显微镜(SEM)观察刀具的磨损形貌,通过能谱分析(EDS)分析磨损表面的元素分布,并对刀具的主要磨损机理进行分析。实验结果表明,添加WC的金属陶瓷的切削长度和添加Mo2C的相当,将原始WC粉末粒度细化后,不仅切削长度显著增加,切屑也由带状缠乱型变为螺旋型,并且大大减少积屑瘤的形成,有利于切削的进行。切削磨损机理主要为扩散磨损和氧化磨损,伴有轻微的磨粒磨损。

WC和Mo_2C的添加对Ti(C,N)基金属陶瓷高温显微硬度的影响

基于WC与Mo_2C对Ti(C,N)基金属陶瓷的组织优化和润湿性改善等方面具有相似的作用,研究了WC和Mo_2C的添加对Ti(C,N)基金属陶瓷在高温下显微硬度的影响。结果表明:随着温度的升高,添加WC和Mo_2C后金属陶瓷的高温显微硬度均呈下降趋势,在600~800℃范围内,添加WC后金属陶瓷的高温显微硬度略高于添加Mo_2C金属陶瓷的,当温度达到900℃时,两者的显微硬度几乎相同;随着温度的升高,两种金属陶瓷的压痕面积、平均压痕深度均逐渐增加;添加WC后金属陶瓷的高温真应变明显小于添加Mo_2C金属陶瓷的,但当温度达到900℃时,两种金属陶瓷的高温变形量接近。

Ti(C,N)-xWC-Ni-Mo-C金属陶瓷组织的研究

采用粉末冶金工艺制备不同WC含量的Ti(C,N)-xWC-Ni-Mo-C金属陶瓷,通过扫描电子显微镜(SEM)观察了Ti(C,N)-xWC-Ni-Mo-C金属陶瓷组织、断口形貌和裂纹扩展路径。结果表明:Ti(C,N)-xWC-Ni-Mo-C金属陶瓷除了有黑芯-灰壳组织,还有白芯-灰壳组织。随着WC含量的增加,晶粒有细化趋势,但当WC含量达到20%(质量分数)时,晶粒有所长大。材料断裂模式主要是沿晶断裂和穿晶断裂;在裂纹扩展过程中,产生裂纹桥接、裂纹偏转和微裂纹。

WC含量对Ti(C,N)基金属陶瓷抗热震性能的影响

采用真空烧结工艺制备了不同WC含量的Ti(C,N)基金属陶瓷。采用SEM分析材料的显微组织,并测试其室温力学性能,利用急冷-强度法研究了材料的抗热震性能。结果表明,金属陶瓷的热震残留强度急剧下降的临界温度随着WC含量的增加而升高;随着热循环次数的增加,其热震残留强度下降。

WC-Ti(C,N)-Co硬质合金表面脱氮后的残余热应力分析

通过定义弹性约束因子和引进塑性约束因子,构造成分梯度硬质合金弹塑性本构方程,根据此方程,采用有限元方法对WC-Ti(C,N)-Co硬质合金脱氮处理后的残余应力分布进行分析。结果表明,WC-Ti(C,N)-Co硬质合金脱氮后从初始无应力的820℃下降到20℃时等效应力最大值出现在表面两相区钴含量最高的位置,从表面两相区到芯部出现很高的应力梯度。表面两相区有拉应力分布,向内逐渐过渡到压应力,两相区的最大静水拉应力约140MPa,而芯部的最大静水压应力为-120MPa。

WC含量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响研究

用传统的粉末冶金方法制备了不同WC含量的超细Ti(C,N)基金属陶瓷试样,运用SEM,EDX等手段对材料的显微组织进行了表征分析,并用这些显微组织的特征和差异解释了材料宏观力学性能的特点。结果表明,金属陶瓷的组织为典型的两相结构特征,其中陶瓷相的芯、壳结构(core/timstructure)与溶解析出机制有关。少量WC的加入能提高材料的力学性能。断口SEM分析表明:断裂机理为典型的混合型断裂(穿晶断裂和沿晶断裂),金属相存在着明显撕裂的痕迹。

添加纳米Ti(C,N)对粗晶WC-8Co硬质合金微观组织和力学性能的影响

将粒度为0.2μm的Ti(C,N)纳米粉末添加到粗晶WC-8Co硬质合金中,采用低压烧结技术制备了WC-xTi(C,N)-8Co系列硬质合金。利用XRD、SEM和EDS研究了添加纳米Ti(C,N)的硬质合金试样的物相组成和微观组织,并分析和讨论了合金的钴磁、矫顽磁力、洛氏硬度和抗弯强度等性能。结果表明,添加纳米Ti(C,N)烧结后的合金均出现了典型的Ti(C,N)芯-环结构,提高了硬质合金的硬度。然而,微量的Ti(C,N)添加会导致合金的力学性能下降,当添加量达到5%时,合金的综合力学性能最好,但当添加量达到15%以上时,基体出现脱碳相,导致合金的抗弯强度大幅下降。

N离子注入能量对TiC涂层的微观结构和耐磨性能的影响

为提高WC-Co合金YG8表面的摩擦磨损性能,在其表面制备TiC涂层后,再通过N离子注入进行表面修饰,在一定的N离子注入剂量下,研究不同注入能量(20~50 kV)的N离子对WC-Co合金表面TiC涂层的微观结构和耐磨性能的影响。结果发现:N离子注入不仅可以有效提高TiC涂层与硬质合金基底的结合强度,而且可以降低其表面摩擦系数;XRD结果显示注入后有新相TiO_(2)生成,非晶碳和氧化物对涂层表面摩擦磨损性能的提高起积极作用;随N离子注入能量的增加涂层的膜/基结合力逐渐增大,其表面摩擦系数逐渐降低,但涂层的磨损截面面积先减小后增大,说明其耐磨损性能在提高且在注入能量为40 kV时最为显著。分析认为,TiC涂层摩擦磨损性能的提升不仅与TiC晶相的非晶化和新相的生成有关,而且与离子注入本身机制有关。

AlSi7Mg铝合金表面激光熔覆WC增强镍基合金熔覆层的组织与性能

在AlSi7Mg铝合金表面制备单道和多道WC增强镍基合金激光熔覆层,研究了熔覆层的显微组织、物相组成、稀释率和显微硬度。结果表明:当激光扫描速度由3.3 mm·s^(-1)增至6.0 mm·s^(-1)时,单道激光熔覆层中的气孔和裂纹变少;在扫描速度4.6 mm·s^(-1)、光斑直径1.0 mm、搭接率20%条件下,多道熔覆层中WC颗粒主要分布在熔覆区与过渡区界面处,裂纹和气孔分别位于搭接处和熔覆层底部;第1道熔覆层及最后1道(第5道)熔覆层的稀释率比第2~4道的高约10%;WC增强镍基合金熔覆层中生成了AlNi、Al_(3) Ni、M_(7)C_(3)、M_(23)C_(3)等析出相,其平均稀释率约45%,显微硬度约1100 HV。

碳化钨催化剂上正戊烷异构化反应

采用程序升温还原法制备了WC催化剂,在做了表面氧修饰后对其进行了原位评价。评价结果表明,在θ=287℃、p=2.0 MPa、空速为1.0 h-1、n(H2)/n(n-C5)=4.0的条件下,正戊烷转化率达到64.31%,收率达到61.92%,选择率达到96.29%,液收率达到97.64%,其催化活性十分接近负载型贵金属催化剂,其选择性亦可与负载型的Pt催化剂相媲美。

以WC代替Mo_(2)C的涂层金属陶瓷刀片设计研究

WC和Mo_(2)C都能改善润湿性,但Mo_(2)C价格较为昂贵,WC较为便宜,因此本研究采用WC替代Mo_(2)C进行金属陶瓷设计。试验结果表明,金属陶瓷基体的硬度会下降,但是下降幅度不大,抗弯强度先变大后变小,在用12wt.%WC替代Mo_(2)C时基体抗弯强度最大,主要原因是晶粒细化提高了基体抗弯强度;当WC替代Mo_(2)C过量时,多余的WC不能与TiC形成固溶体,部分WC以多角状留存于组织,容易引起应力集中,进而导致抗弯强度下降。当WC含量较低时,不能抑制Ti(C,N)晶粒长大,因而晶粒会变得粗大,涂层厚度也变大;当WC含量较高时,能使晶粒细化,涂层厚度变小,涂层和基体会产生部分元素扩散。临界载荷与涂层厚度有关,在WC含量为0~18wt.%时,临界载荷与涂层厚度正相关。涂层厚度与WC的含量以及基体的晶粒尺寸有关,因此临界载荷应与WC的含量以及基体的晶粒尺寸有关。根据试验结论初步分析,在金属陶瓷基体中,用12wt.%的WC替代Mo_(2)C时力学性能最好;在涂层与基体结合试验中,用6wt.%的WC替代Mo_(2)C时基体与涂层的结合情况较好。

WC含量对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织的影响

在Ti(C,N)基金属陶瓷中,Mo2C常被用来提高Ti(C,N)和金属相Ni之间的润湿性。随着Mo2C价格的上涨,WC作为替代品引起了人们的广泛关注。研究了WC含量对Ti(C,N)基金属陶瓷Ti(C0.7N0.3)-xWC-15%Ni显微组织的影响。研究结果表明,添加的WC都能固溶到TiC0.7N0.3中和(或)溶解到黏结相Ni中,显微组织都为典型的芯-环结构。当WC含量<15%时,WC对晶粒的细化效果不明显,当WC含量增至20%以上时,金属陶瓷的平均晶粒度明显下降至10μm以下。