激光粉末床熔融WC-12Co硬质合金温度场模拟

结合有限元软件ANSYS建立三维有限元热模型,利用APDL命令及生死单元方法实现对高斯热源的施加和WC-12Co硬质合金打印过程的模拟,得到WC-12Co硬质合金在激光粉末床熔融(LPBF)成形过程中的温度场分布,研究不同工艺参数(激光功率、扫描速度)对温度场分布及熔池特征的影响。结果表明:WC-12Co硬质合金在LPBF过程成形时,利用有限元能够有效模拟其成形过程。位于热源前部的等温线比尾部更为密集,温度梯度更大;而扫描路径终端边缘处熔池中心的温度最高。随着激光功率的增大和扫描速度的减小,熔池宽度、深度和长度均相应增大。通过相关实验分析不同工艺参数对晶粒尺寸的影响,发现晶粒尺寸随扫描速度的增加而减小,随激光功率的增加而增大;但过高的激光功率会引起一定的热裂纹现象发生。

配碳方式对超细WC粉末性能的影响

为了改善超细WC粉末的性能,尤其是降低其压制压力,本文研究了配碳方式对超细WC粉末性能的影响。结果表明:碳黑类型、配碳器类型、配碳时间和晶粒长大抑制剂碳化铬的添加次序对WC粉末性能有显著影响;碳黑类型影响WC的总碳和氧含量,对粉末的压制压力没有明显影响;配碳器类型对WC总碳和氧含量没有明显影响,与卧式配碳器比较,立式配碳器制备的WC粒度较小,压制压力更大;配碳时间对总碳、氧含量、粒度都没有明显的影响,配碳时间过长会提高压制压力;碳化铬添加次序对总碳没有明显的影响,添加碳化铬会增加WC的氧含量,降低WC粉末的粒度,增加压制压力。

钴粉粒度和成分对亚微米晶WC-10Co硬质合金组织和性能的影响

研究了原料钴粉的粒度、成分对亚微米晶WC-10Co硬质合金物理力学性能的影响。结果表明:在烧结工艺相同的情况下,钴粉越细,其表面能越高,熔化温度越低,合金致密化的时间越长,同时钴蒸气挥发时间也相应增加;随着钴粉粒度减小,合金密度增大,硬度、矫顽磁力降低,抗弯强度先增大后减小,当钴粉粒度为0.73μm时达最大。钴粉中Cl含量也是影响硬质合金孔隙的重要因素之一,当Cl含量达到550×10^(-6)时,合金内部出现大量孔隙。为得到优异性能的亚微米晶硬质合金,需严格控制原材料成分,同时调整生产工艺,缩短球磨时间,降低烧结温度。以FSSS粒度为0.73μm、Cl含量为171×10^(-6)的钴粉制备的亚微米晶WC-10Co硬质合金抗弯强度达4231N/mm^(2),硬度达91.8HRA,密度达14.45g/cm3,矫顽磁力达19.1kA/m。

WC/Co粉体粒径匹配与放电等离子烧结致密化

对放电等离子烧结(SPS)不同粒径匹配的WC/Co混合粉末的收缩过程进行了系统分析.结果表明,SPS烧结不同WC粒径混合粉末时,烧结体开始收缩温度、收缩速率峰值温度和致密化完成温度基本相同;对不同Co粒径混合粉末,三种温度随Co粉初始粒径的减小而降低,即SPS烧结过程与WC粒径无关而与Co粒径密切相关.SPS致密化过程中收缩速率随温度的变化、收缩速率与相对密度的关系均与常规烧结不同,其开始收缩温度和收缩速率峰值温度均较常规烧结低,同时收缩速率峰值处所对应的相对密度也较常规烧结低.这说明在常规烧结中粉末在大量液相出现(即收缩速率出现峰值时)之前已完成很大程度的收缩致密化,而SPS烧结中大量液相出现之前粉末的收缩致密化程度较低.

XRD技术在纳米WC-Co复合粉制备过程中的应用

介绍了X射线衍射技术(XRD)的原理及其在钨粉末冶金中的运用,并结合笔者对纳米WC-Co复合粉的研究,重点介绍了XRD技术在纳米WC-Co复合粉制备过程中的应用,包括物相定性分析、晶粒尺寸测定及点阵参数测定等方面的应用。以可溶钴盐、偏钨酸铵(AMT)、有机碳源为主要原料,通过喷雾转化、连续低温还原碳化法制备出了纳米晶WC-Co复合粉,用XRD技术对制备过程中样品进行分析,结果表明:采用喷雾转化、连续低温还原碳化工艺可制备出仅有WC和Co两相的复合粉末,W被完全碳化,WC晶粒度约60nm,Co相为面心立方结构。

用球磨法制取WC-Co纳米粉

研究了利用高能球磨法制备纳米WC Co混合粉末的可能性 ,以及球磨时间和WC Co纳米粉末粒度的关系。结果表明 :随着球磨时间的延长 ,WC Co纳米粉末的粒度逐渐变小 ,当球磨时间超过 30h后获得了粒度为 10 0nm以下的WC Co纳米粉末。

超细WC粉末激光粒度分布测定

超细WC粉末发达的表面积中贮藏着极高的表面能,对气体、液体或微粒表现出极强的吸附能力,容易自发地聚集成二次颗粒,导致样品使用常规的激光粒度分析方法不能对其进行有效的分散,激光粒度分布测试结果的峰形总是呈"拖尾"现象。本文先将试样研磨1 h,再将研磨后的试样加入无水乙醇,并在外置超声波仪中超声10 min,最后上机测试。本测试方法粒度分布曲线呈正态分布,精密度良好,激光粒度分布特征值(d(10)、d(50)、d(90))的相对标准偏差小于5%。

超细WC粉末Fsss粒度与超细硬质合金中WC晶粒度无法对应的原因分析

以两种不同工艺制备的超细WC粉末为原料制备超细硬质合金,从WC粉末中的团聚体和烧结颈两方面来分析超细WC粉末Fsss粒度与超细硬质合金中WC晶粒度无法对应的原因。结果表明:超细WC粉末中团聚体、烧结颈的存在会导致其Fsss粒度与一次颗粒粒度的偏差,而合金中WC晶粒是在一次颗粒的基础上长大的,因此由Fsss粒度预测的合金中WC晶粒度与实际合金中WC晶粒度的对应关系存在偏差。

HVAF喷涂WC-10Co-4Cr涂层的气体喷砂冲蚀性能研究

采用空气助燃超音速火焰喷涂HVAF(High Velocity Air Fuel)在304不锈钢基材上制备三种粉末粒径不同WC-10Co-4Cr涂层。利用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、维氏显微硬度仪、万能拉伸试验机、抗冲蚀试验机对涂层的孔隙率、微观形貌、力学性能、断裂韧性以及气体喷砂冲蚀性能进行研究分析。结果表明,HVAF喷涂的WC-10Co-4Cr涂层孔隙率低,硬度与结合强度高、断裂韧性好,涂层抗冲蚀性能优异。WC-10Co-4Cr涂层在30°冲蚀角下,涂层的气体喷砂冲蚀磨损主要为微切削产生的犁沟。在90°冲蚀角度下,涂层的气体喷砂冲蚀磨损主要表现为疲劳剥落特征。

Ni基包裹型超细WC复合粉体制备的实验研究

采用一步碳化法将制得的超细WO_3粉体还原为超细WC粉体,通过非均相沉淀法,将超细WC粉均匀悬浮在溶液中,让镍盐在WC粉体上生成沉淀并生长,形成包裹层,通过高温分解、还原,生成均匀Ni基包裹型超细WC的复合粉体,同时分析了预处理(分散)、滴加方式、反应液浓度对包裹效果的影响。结果表明,聚乙二醇PEG2000作为分散剂制得的包裹粉分散效果最好;分散的WC分批加入到反应液中减少了WC胶粒聚沉,改善了包裹粉的分散效果;包裹反应时逐滴慢速加入滴加方式可以得到包裹效果好的包裹粉;Ni包裹超细型WC粉体的物相为面心立方Ni和WC,符合热喷涂实验所要求的超细结构喂料。

WC粒度对WC-10Co-4Cr涂层磨粒磨损性能的影响

为了弄清WC粒度对WC-10Co-4Cr涂层磨粒磨损性能的影响,以超音速火焰喷涂(HVOF)技术,采用2种WC粒度的WC-10Co-4Cr合金粉末在300M钢表面制备了涂层。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计等对2种粉末及其涂层的本征性能进行了测定及分析,通过橡胶轮磨粒磨损试验研究了WC粒度对涂层磨粒磨损性能的影响。结果表明:粉末及涂层的WC相分解率对WC-10Co-4Cr涂层的磨粒磨损性能影响较为显著,而WC粒度对WC相分解率的影响较为显著,所以,WC-10Co-4Cr颗粒中WC粒度对涂层的磨粒磨损性能影响较为显著;粒度较大的A粉末及涂层的WC相分解率分别为2.74%和14.45%,WC粒度较小的B粉末及涂层的WC相分解率分别为4.12%和19.86%;WC-10Co-4Cr颗粒中WC粒度对2种涂层的显微硬度影响不大,A涂层和B涂层的显微硬度分别为1 167 HV和1 218 HV;磨粒磨损30 min后,A涂层和B涂层的磨粒磨损失重量分别为116 mg和147 mg,WC粒度较大的WC-10Co-4Cr粉末制备的WC-10Co-4Cr涂层的磨粒磨损性能较好。

超粗晶WC粉的制备工艺研究

研究了加盖还原-高温碳化法制备超粗晶WC粉的工艺,即先将WO_3装入特殊舟皿中,在930~980℃下进行氢还原,然后在2 300℃下进行碳化。与传统中温还原-高温碳化法和掺杂还原-高温碳化法相比,加盖还原-高温碳化法制备的超粗晶WC粉颗粒发育更为饱满,晶粒尺寸更为粗大,粒度分布更为均匀,粉末结晶更为完整。本工艺制备的WC粉研磨粒度已达7.4μm,符合超粗晶WC的粒度要求。

W粉、WC粉粒度分布测试方法的探讨

采用OMECLS -POP(Ⅲ)型激光粒度分析仪对各种粒径的W粉、WC粉粒度分布的测试方法进行了探讨 ,对研磨时间、遮光比、折射率和采样时间等因素对粗、中、细颗粒粒度分布测试的影响进行了选择试验 ,测定结果令人满意。

超细晶WC-Co硬质合金制备技术的研究

以经喷雾转化、煅烧、低温还原碳化工艺制备出的纳米晶WC-6%Co复合粉末为原料,不添加晶粒长大抑制剂,经湿磨、成形和压力烧结工艺,成功制备出WC晶粒度在400nm左右的超细晶WC-Co硬质合金,并与传统工艺制备的合金进行性能对比。结果表明:复合粉末制备的合金中WC晶粒大小、组元分布更加均匀,晶粒无异常长大现象,强度和硬度均高于传统工艺制备的合金。

WC粉末X射线衍射的粒度效应

用X射线衍射研究粒度 10 .86～ 0 .12 4μm系列WC粉末的粒度效应。随粒度变小 ,衍射线线形发生明显变化 ,从敏锐到极其漫散。亚微米级粒度的WC粉末谱线半高宽随粒度变细显著变化 ,半高宽是度量粒度效应的主要指标 ,而对于微米级粒度的粒度效应则可应用谱线背底宽度来衡量。极细和超细粒度WC粉末衍射谱线的2θ位置明显偏离平衡位置 ,这与临近纳米粒度有关。WC粉末衍射强度也随粒度产生明显变化 ,衍射强度随粒度变细的变化规律与半高宽的规律呈反转对应关系。应用WC粉末X射线衍射的粒度效应 ,尤其是谱线宽化的规律作为评定亚微米级WC粉末粒度尤其是极细和超细粒度 ,是有应用前景的。

自蔓延高温合成WC粉末的结晶行为

以黑钨矿(Fe(Mn)WO_(4))、黄钨(WO_(3))、电石(CaC_(2))和高纯铝粉为主要原料,采用自蔓延高温合成法(self-propagating high-temperature synthesis,SHS)制备单晶WC粉末,研究添加铝热剂(Fe_(3)O_(4)-Al混合物,n(Fe_(3)O_(4)):n(Al)=3:8)、原料预热和投料量对WC粉末粒度和形貌特征的影响。结果表明:用SHS法制备的WC粉末晶型完整;添加铝热剂会生成大量Fe3W3C相,导致WC粉末的纯度降低;对坩埚内的原料粉末预热会使WC晶粒充分生长,WC粉末粒度增大,同时WC晶粒形貌由球形转变为多边形;增加反应物料投料量会使WC粉末粒径增大,粉末形貌由球形转变为多边形。

碳化工艺对中细WC粉性能的影响

中细WC粉末在高档可转位刀片、球齿、耐磨零件中广泛应用。随着粉末制备进一步产业升级,对中细WC粉末的质量提出了更高的要求。研究以1.8～2.0μm的钨粉为原料,采用3种不同的碳化设备,在不同工艺条件下,制备出3种中细碳化钨粉末。通过采用粒度分布、扫描电镜图、合金金相组织图进行比较分析,确定适合耐磨零件的中细WC粉末的最优碳化工艺：使用碳化设备B,十四管炉制备FSSS粒度1.8～2.0μm的钨粉,碳化温度为1 400～1 500℃。

WC粉末特性对YG22硬质合金性能的影响

分别采用由三种不同工艺生产的WC粉末为原料制备YG22硬质合金,并研究WC粉末特性对所制备合金中WC的晶粒度及其分布,以及合金硬度、抗弯强度、冲击韧性、磁力等性能的影响。结果表明:在相同制备条件下,当合金中WC晶粒度相当时,采用晶形发育良好、组织缺陷少的WC粉末所制备的合金,其WC晶粒度分布较均匀,且合金硬度、抗弯强度、冲击韧性均优于采用晶形发育较差、组织缺陷较多的WC粉末所制备的合金;为改善YG22合金性能,在选择原料时既要考虑WC粉末的粒度及其分布,也要考虑WC粉末内部显微组织的发育情况。

粉末尺寸和喷涂工艺对超音速火焰喷涂WC-10Co-4Cr涂层冲蚀磨损性能的影响

对2种不同粒度的WC-10Co-4Cr粉末,在不同超音速火焰(HVOF)喷涂工艺参数条件下制备涂层。采用正交回归试验方法研究了喷涂工艺对HVOF WC-10Co-4Cr涂层耐冲蚀性能的影响,并探讨了粉末尺寸对涂层耐冲蚀性能的影响。采用扫描电镜观察涂层的冲蚀表面形貌,以分析涂层的冲蚀机理。结果表明:粉末尺寸、丙烷气体流量、氧气流量和喷涂距离对HVOF WC-10Co-4Cr涂层耐冲蚀性能有较大影响。在正交试验的结果基础上,建立了冲蚀磨损率与喷涂工艺参数之间的二次回归方程。在低角度冲蚀时涂层的冲蚀机理主要是犁削磨损,而大角度冲蚀时主要是喷涂粒子的层间剥落。

机械球磨法制取超细碳化钨粉的研究

对振动球磨法制取超细碳化钨粉末进行了研究。试验中采用粗、中、细3种碳化钨粉末进行了不同球料比、不同球磨时间的试验。试验得出:延长球磨时间均可制取FSSS粒度小于0.5μm的超细碳化钨粉末;加大球料比及延长球磨时间可进一步细化粉末粒度,但对粉末的粒度分布无影响;球磨后的粉末粒度分布与原始粉末粒度分布有关;球磨时间延长,粉末晶粒尺寸减小、应力增大。