超细WC和细WC/Co添加对WC-10Co硬质合金微观结构与力学性能的影响

在粒径为0.5μm的超细碳化钨(WC)粉体表面包覆钴(Co)纳米颗粒获得细WC/Co,将细WC/Co、粗WC和Co粉通过球磨混合均匀,压制成型后在1420℃下真空烧结1 h,得到WC-10Co硬质合金。借助扫描电子显微镜、透射电子显微镜、万能试验机等对比研究细WC/Co和超细WC对WC-10Co硬质合金微观形貌和力学性能的影响。结果表明:相比于超细WC,细WC/Co促进合金的致密化,并形成双晶结构。添加细WC/Co和超细WC制备的硬质合金的平均晶粒度分别为2.18μm和3.57μm。细WC/Co的添加会降低晶粒生长速度并抑制细晶完全溶解,而粗晶通过缺陷辅助生长及溶解-析出生长机制生长为表面阶梯状的缺角三棱柱形;硬质合金的硬度和断裂韧度得到提升,二者分别为1131HV 30和22.1 MPa·m^(1/2),而在1131HV 30同等硬度下,其断裂韧度比线性拟合的断裂韧度高27.7%。机理分析认为,超细WC的添加会导致异常晶粒产生,不利于性能;而细WC/Co的添加能够同时形成双晶结构和均匀的钴相分布结构,降低晶粒缺陷,提升综合力学性能。

液压阻尼器活塞杆激光熔覆WC/Co06涂层耐磨耐腐蚀性能

目的研究WC添加量对WC/Co06复合涂层耐磨耐腐蚀性能影响,以期应用到液压阻尼器活塞杆表面,增强活塞杆耐磨耐腐蚀性能。方法采用同轴送粉式激光熔覆设备在液压阻尼器活塞杆用42Cr Mo钢表面制备不同WC含量(质量分数为5%、10%、15%、20%)的WC/Co06涂层,用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪及维氏硬度显微计,对4组不同WC含量的涂层进行质量检测。用滑动摩擦磨损试验机对涂层进行磨损性能测试。用盐雾腐蚀试验箱对涂层进行耐腐蚀测试。结果熔覆层表面质量良好,稀释率为5%左右。熔覆层显微组织随WC含量的升高越来越致密,WC/Co06涂层生成多种硬质相,如Cr_(23)C_(6)、Cr_(7)C_(3)、WC及Fe_(3)W_(3)C等分布在γ-Co固溶体周围增强其硬度以及耐磨耐腐蚀能力。4组熔覆层中,20%WC含量的熔覆层硬度最高(810HV),是基体的(275HV)2.95倍。摩擦磨损及盐雾腐蚀试验后,熔覆涂层磨损量及腐蚀失重均明显降低,其中20%WC熔覆层的磨损量及腐蚀失重最低,分别为基体的54.7%和21%。结论WC可提高熔覆层硬度,改善熔覆层的耐磨耐腐蚀性能,且WC含量越高,强化效果越明显。通过试验可得20%WC含量的WC/Co06涂层具有更优良的耐磨耐腐蚀性能。

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。

超音速等离子喷涂WC/Co纳米结构涂层性能研究

采用超音速等离子喷涂设备分别制备了含纳米结构和普通结构的WC/Co涂层。研究了2种涂层的结合强度、显微硬度和摩擦磨损性能,并用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对涂层喂料(纳米WC/Co粉体)、涂层表面形貌和晶粒结构进行了分析。结果表明:含纳米结构涂层的性能优于普通的WC/Co喷涂涂层,纳米晶粒细晶强化是涂层性能提高的主要原因。

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。

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。

40Cr刀具表面激光熔覆WC/Co50复合涂层的微观组织及其磨损性能

通过6 k W横流CO2激光器在40Cr钢表面激光熔覆了不同成分配比的WC/Co50复合涂层。运用金相光学显微镜(OM),扫描电镜(SEM),能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)等表征手段分析了涂层结合区形貌、显微组织和物相组成,测试了复合涂层的显微硬度和磨损性能。结果表明,外加的WC颗粒在高能激光束作用下大部分发生溶解,涂层主要由碳化物WC、W2C、(Cr,Fe)7C3和M6C及Fe-Cr固溶体等物相组成。涂层中组织结构比较复杂,出现了树枝状初晶、包状过共晶,枝晶间共晶和硬质相颗粒。WC/Co50熔覆涂层的最大显微硬度位于涂层次表面,其最大平均显微硬度为基材的1.93倍,且随着深度的增加逐渐降低。相同磨损条件下,复合涂层的磨损失重仅为基材的13.3%。

化学沉积法合成WC/Co粉体及其激光熔覆涂层的制备

采用化学沉积法合成了WC/Co复合粉体,通过激光熔覆的方法在2Cr13不锈钢基体上制备WC/Co复合涂层,并对复合粉体的成分、激光熔覆涂层的形貌、结构和性能进行研究。结果表明复合粉体中Co的含量为17.23wt%,经过激光熔覆的复合涂层与基体之间达到了冶金结合,激光熔覆涂层可以分为三个区域熔化区(合金层),结合区及基材热影响区,复合涂层的显微硬度达到1200HV0.1。

热喷涂新型WC/Co耐磨涂层材料研究进展

综述了新型WC/Co耐磨涂层材料的耐摩擦磨损机理以及主要热喷涂耐磨涂层材料的性质。分析了超细化、纳米化涂层耐磨性能提高的原因,指明了涂层微观组织结构的超细化、纳米化提高了涂层耐磨性,成为新型耐磨涂层的发展方向,同时指出了耐磨涂层结构进一步向纳米尺度细化需要解决的问题和克服的困难。

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。

WC/Co-Cr复合涂层激光熔覆工艺优化与表征

目的优化复合涂层的熔覆工艺参数,获得综合性能优异的WC/Co-Cr复合涂层。揭示复合涂层的相结构、组织构成及界面特性。方法采用YAG固体激光器在45钢上熔覆WC/Co-Cr复合涂层,以电流、频率、脉宽、扫描速度作为变量,设计四因素三水平正交试验,对熔覆效果进行评分,获得最佳参数组合。通过XRD,XRF,OM,EMPA等分析手段对复合涂层进行表征。结果电流对熔覆效果的影响最显著,其次为频率,再次之为激光扫描速度,脉宽的影响显著性最小。随WC含量增加,激光脉宽应增加,而激光扫描速度应该适当减小。复合涂层的显微组织形貌主要为固溶体上分布着共晶组织以及金属间化合物、碳化物,还有由成分过冷导致的胞状组织。复合涂层的物相组成包括Cr Co,WC,Cr7C3,Cr3C2等。结论采用WC质量分数10%的熔覆粉末,最佳熔覆工艺组合为:电流380 A,频率40 Hz,脉宽1 ms,扫描速度8 mm/s。采用WC质量分数20%的熔覆粉末,最佳熔覆工艺组合为:电流380 A,频率40 Hz,脉宽1.5 ms,扫描速度6 mm/s。复合涂层与混合粉末相比,相组成发生了变化,有金属间化合物、碳化物等强化相产生,且元素在界面的分布呈现过渡式变化,这对涂层的综合性能有利。

等离子喷涂WC/Co-Fe基涂层摩擦与磨损性能

以普通铸铁为基体,碳化钨陶瓷粉末WC-12Co为热喷涂材料,采用大气等离子法制备WC/Co-Fe复合涂层。通过SEM、EDS、XRD等手段对WC/Co-Fe涂层微观组织与结构进行表征,并对WC/Co-Fe复合涂层耐磨损性能进行测试。结果表明,等离子喷涂制备的WC/Co-Fe涂层物相以WC相为主;WC涂层摩擦因数波动小于铸铁材料摩擦因数,表明WC复合涂层具有良好的抗摩擦性能。WC涂层耐磨损性能高于铸铁,主要归因于WC颗粒韧性好、硬度高、抗冲击及抗磨损性能强,与基体金属的结合性好。

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.

近疲劳强度载荷下WC/Co涂层对300M钢疲劳性能的影响

研究了在近疲劳强度栽荷下超音速火焰喷涂WC／Co涂层和电镀铬层对300M低合金钢疲劳性能的影响。结果表明：WC／Co涂层、电镀铬层试样和300M钢基体的疲劳强度分别为753,600和720 MPa。在近疲劳强度载荷下,WC／Co涂层试样的疲劳寿命分别为基体和电镀铬层试样的1．5～2和5～10倍。三者的主裂纹源均为基体内部的Al_2O_3和SiO_2夹杂物。电镀铬层中的次裂纹穿过界面并向基体中扩展,在基体表面形成新的次裂纹源,加快了基体中主裂纹源的形成和主裂纹的扩展；而WC／Co涂层中的次裂纹经过界面时向界面方向偏转,形成无支撑涂层,并最终使涂层剥落。

高焓等离子制备WC/Co复合涂层性能研究

采用SQC-100高焓等离子喷涂设备喷涂WC/Co粉末,制备了高抗磨损复合涂层。表征和分析了WC/Co涂层的微观组织结构、显微硬度、孔隙率、抗磨损性能,并探讨了涂层的摩擦磨损机理。结果表明:获得的WC/Co涂层的孔隙率为0.87%,平均显微硬度达1197.2HV0.2,涂层抗摩擦磨损性能是基体抗摩擦磨损性能的143倍。WC/Co涂层具有优良抗磨损性能的根本原因在于涂层中存在WC,它使得涂层的显微硬度得到大幅度的提高,从而提高了涂层的抗磨损性能。

WC/Co复合涂层微观结构及磨损性能研究

采用氧-煤油超音速火焰喷涂(HVOF)设备喷涂WC/Co粉末制备高抗磨损复合涂层,表征和分析了WC/Co涂层的微观组织结构、显微硬度、孔隙率和抗磨损性能,并探讨了涂层的摩擦磨损机理。结果表明:获得的WC/Co涂层的孔隙率为0.65%,平均显微硬度达1251.5 HV0.2,涂层抗磨损性能是基体ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢的50倍以上。WC/Co涂层具有优良的抗磨损性能的根本原因在于涂层中WC的存在,它使得涂层的显微硬度得到大幅度提高,从而提高了涂层抗磨损的性能。

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。

等离子喷焊层NiCrBSi+WC/Co的组织与性能

利用等离子喷焊技术在H13模具钢表面制备NiCrBSi+20%WC/Co喷焊层。研究表明,基体与喷焊层之间存在明显的分界面,与传统焊接接头的微观组织类似,喷焊层中出现垂直于界面结合方向的柱状晶,这种组织形态在等离子喷涂涂层中从未观察到,说明喷焊层NiCrBSi+20%WC/Co与H13钢基体之间的结合为冶金结合。XRD分析表明,喷焊层中的主要相为γ-(Fe,Ni),Cr7BC4,Ni4B3,Cr7C3和Co7W6,并且由于这些相的存在,使得表面喷焊层比H13钢基体具有更高的强度和硬度。

WC/Co单层与多层过渡熔覆层激光熔覆的热应力有限元分析

在建立WC/Co多层过渡涂层与单层涂层模型的基础上,对两种涂层结构分别选定了两条具有代表性的路径.借助有限元分析软件对高温下涂层和基体的应力分布进行了模拟,并提取两种结构对应路径上的应力进行对比分析.结果表明,在界面和涂层厚度方向,多层过渡涂层的热应力总体上小于单层涂层的热应力,其分布更加平缓.

高含沙水流用水轮机叶片表面热喷涂WC/Co涂层的性能

通过高速火焰喷涂技术(高速氧-燃气喷涂,HVOF)在水轮机叶片用06Cr13不锈钢表面喷涂WC/Co涂层。采用金相显微镜、硬度计、万能试验机分析了WC/Co涂层的孔隙率、显微硬度及其与基体的结合强度;并在高含沙水流环境中通过冲蚀、汽蚀试验测试WC/Co涂层的耐冲蚀性能和耐汽蚀性能。结果表明:WC/Co涂层的孔隙率、显微硬度及其与基体的结合强度分别为0.68%、1211HV、70MPa;WC/Co涂层具有优良的耐冲蚀性能,冲蚀后其磨损量仅为06Cr13不锈钢基体的0.18倍;WC/Co涂层具有良好的致密度、结合力及强韧性,因此涂层也具有优良的耐汽蚀性能。