非连续金刚石/Ta基碳化物复合涂层结构及性能

为提升硬质合金的硬度和耐磨性,改善其与金刚石涂层的结合强度,先用双辉等离子表面合金化技术在其表面制备Ta金属层,再用化学气相沉积法对Ta金属层进行碳化-沉积复合处理,制备出非连续金刚石/Ta基碳化物复合涂层。研究了源极与工件极电位差对金属层的影响以及复合涂层的结构与性能。结果表明:制备的金属层均由连续致密的胞状α-Ta组成;随电位差的增大,Ta金属层的显微硬度和结合强度均先升高后降低;电位差为240 V时,Ta金属层的显微硬度和结合力最高,分别达1151HV0.2和117 N;碳化-沉积后,涂层由表面离散分布的非连续金刚石颗粒和TaxC(TaC、Ta2C)组成,其显微硬度提高至基体的1.8倍,磨损率仅为基体的45%。非连续金刚石/Ta基碳化物复合涂层具有良好的结合性能,能有效提升硬质合金的硬度和耐磨性能。

(W,Ta)C复合碳化物含量对WC-10Co硬质合金显微结构和力学性能的影响

采用低压烧结制备了WC-10Co硬质合金,结合SEM和力学性能测试手段,研究了(W,Ta)C复合碳化物添加量对WC-10Co硬质合金显微结构和力学性能的影响。结果表明:(W,Ta)C复合碳化物的添加能明显细化晶粒,但会降低合金的断裂韧度;随着(W,Ta)C添加量的增加,合金的密度、抗弯强度和硬度均呈先增高后降低的趋势;当添加0.6%(质量分数)的(W,Ta)C复合碳化物时,合金的综合力学性能最好,其抗弯强度、密度、硬度和断裂韧度分别为3 198.5MPa、14.58g/cm^3、1 338HV和17.33 MPa·m^(1/2)。

基于有限元方法的硬质合金/Ti/TiC/Ta-c多梯度复合涂层的残余热应力分析

基于有限元方法,通过Ansysworkbench软件分析了硬质合金梯度涂层的热应力缓和机制。比较了单层Ta-c涂层、Ti/Ta-c复合涂层及Ti/TiC/Ta-c多梯度复合涂层对热应力场的影响。分析了Ti/TiC/Ta-c多梯度复合涂层中Ti、TiC、Ta-C层厚度和涂层沉积温度等因素对热应力的影响。结果表明:3种涂层中,等效应力最大值皆出现在最表层的Ta-c层中,且Ti/Ta-c复合涂层所受等效应力最大,为354.74 MPa;单层的Ta-c涂层等效应力值最小,为132.89MPa;在Ti和Ta-c之间增加TiC过渡层时,等效应力减小为251.76 MPa。TiC、Ta-C层厚度对热应力的影响较大;涂层热应力随着涂层沉积温度的升高逐渐呈线性关系递增,且随温度的增加,Ta-c层中的sp^(3)键会向sp^(2)键转化,转化过程中碳sp^(3)键释放应力,会使涂层残余应力有所减小。

(W,Ti,Ta)C复式碳化物对硬质合金组织结构的影响

采用高温碳管炉,制备了平均粒度约为1.1μm的(W,Ti,Ta)C复式碳化物粉末,并将其应用于WC-8%Co基硬质合金的制备。在1 450 C下,通过真空烧结分别制备了两组化学成分相同的WC-Co-(W,Ti)C-Ta C和WC-Co-(W,Ti,Ta)C、WC-Co-Ti CN-(W,Ti)C-Ta C和WC-Co-Ti CN-(W,Ti,Ta)C硬质合金。结合热力学计算和微观组织结构的实验表征,研究了(W,Ti,Ta)C复式碳化物对硬质合金显微组织结构的影响。结果表明:Ta的预固溶能显著提高(W,Ti)C的热力学稳定性;利用(W,Ti,Ta)C复式碳化物代替传统的(W,Ti)C和Ta C粉末后,立方相出现了"白芯"的"芯-壳"结构;同时,热力学稳定性较高的(W,Ti,Ta)C复式碳化物会明显降低梯度硬质合金的梯度层厚度。