表面改性WC颗粒增强铜基复合材料的微观结构与摩擦学特性

WC与Cu界面结合强度不足严重影响铜基复合材料的摩擦磨损性能,但业内尚未有良好的界面调控措施以优化性能。采用铜表面改性WC颗粒改善WC与Cu基体界面,经粉末冶金工艺制备Cu改性WC颗粒增强铜基复合材料,开展复合材料的微结构表征与摩擦学性能研究。研究表明,Cu改性WC颗粒可良好地嵌入铜基体,颗粒与Cu基体界面较基体弹性恢复能力提升33%,硬度提升20%。15 wt.%Cu改性WC增强铜基复合材料具有最佳的物理性能与摩擦学特性,较纯铜粉末冶金材料体积密度提升8%,布氏硬度提升15%,摩擦因数波动幅度最小并稳定在0.75,磨损量最小为0.075 mm^(3),磨痕轮廓圆滑,磨损面最完整且大面积成膜。随Cu改性WC含量增大,主要磨损机制由黏着磨损转变为剥离磨损,Cu改性WC颗粒促进摩擦转移层的形成,抑制磨损面裂纹的横向扩展。Cu改性WC颗粒与铜基体界面结合强度显著提升,15 wt.%复合材料抑制黏着磨损与疲劳磨损,摩擦学性能优异。采用Cu改性WC颗粒增强铜基摩擦材料有望成为优化WC与Cu基体界面提升铜基复合材料摩擦学性能的重要备选途径。

电冶熔铸WC/钢复合材料中WC的溶解行为

用电冶熔铸工艺制备不同WC含量的WC/钢复合材料,研究了WC颗粒在复合材料钢基体中的溶解行为和影响因素。结果表明:随着WC含量的增加,碳化物从钢基体晶界处分布逐渐转向晶内分布;随着WC颗粒尺寸的增大,在WC颗粒与钢基体界面处形成一层反应物,它阻止了WC颗粒在钢基体中的进一步溶解,同时也提高了两相界面的结合强度。通过调整电冶熔铸工艺参数和WC颗粒的尺寸及含量,可以控制WC颗粒在复合材料中的溶解行为。

电冶熔铸WC/GCr15钢复合材料的摩擦磨损特性

选择大颗粒WC作增强相 ,采用电冶熔铸工艺制备了含 2 7%WC粒子的WC GCr15钢复合材料 ,观察了复合材料中WC颗粒与钢基体的结合情况 ;在MM 2 0 0型摩擦磨损试验机上研究了室温下复合材料同GCr15钢对摩时的摩擦磨损性能。结果表明 :复合材料中的WC颗粒部分溶解于钢基体相 ,两相界面形成厚达数微米的反应层 ,有效地提高了界面结合强度。电冶熔铸WC 钢复合材料的耐磨性能比基体材料GCr15钢提高了 5倍以上 ,扫描电镜下的磨痕照片显示 :大颗粒WC承担了磨损的主要载荷 ,实验中没有发生明显脱落的现象 ,说明界面结合强度在提高复合材料磨损性能方面所起的作用。

WC/Cu复合材料组织及烧结过程研究

研究了粉末冶金冷压—烧结法制备的WC/Cu复合材料在不同温度和时间烧结时的组织变化及WC含量对烧结过程的影响 ,分析了该材料的烧结过程。结果表明 ,WC颗粒推迟了烧结进程。烧结过程中烧结体无明显收缩 ,WC颗粒显著阻碍了晶粒长大。WC/Cu复合材料的烧结过程可分为粘结、烧结颈长大、闭孔球化。

电渣熔铸WC/钢复合材料的磨损性能研究

用电渣熔铸的方法成功制备了WC颗粒增强轴承钢复合材料 ,并对其磨损性能进行了研究。试验结果表明 :WC相溶解于钢基体相并沿晶界生成复式碳化物 ,两相界面实现冶金结合 ,界面处合金元素的微区浓度存在过渡区 ,界面结合强度大为提高 ;磨损过程中 ,疲劳裂纹首先在承受较大应力的硬质相内部萌生 ,导致硬质相脆性脱落加剧磨损 。

电冶熔铸WC/钢复合材料组织及碳化物演变的研究

采用电冶熔铸法制备了以GCr15轴承钢为基体,WC颗粒为硬质相的WC/钢基复合材料。借助金相分析、扫描电镜、X射线衍射、透射电镜及能谱分析等方法研究了该材料熔铸态显微组织结构及其演变过程。结果表明:随着加入WC含量和颗粒尺寸的不同,其凝固后组织结构不同。当加入10%WC时,WC颗粒大多溶解于钢液中,冷却后沿晶界析出断续网状复式碳化物,同时基体中析出细小的Cr7C3、β-WC1-x、Fe3W3C颗粒;当加入20%WC时,大颗粒WC外围部分溶解形成Fe3W3C反应层,钢基体中析出共晶碳化物;当加入35%WC时,显微组织主要是以γ-Fe+WC、γ-Fe+Fe3W3C共晶组织为主,多数呈树枝状和锚状,少数为不规则块状;当加入40%或50%WC时,WC颗粒基本保留原始形状且稳定不易溶解,多数呈三角状、矩形,均匀分布。

激光熔注法制备WC_p/Ti-6Al-4V梯度复合材料层

以单晶WC陶瓷粉末(WC particles-WCp)作为增强颗粒,采用激光熔注技术在Ti-6Al-4V表面制备了WCp/Ti-6Al-4V梯度复合材料层。在对梯度复合材料层宏观特征和形成机制分析的基础上,采用XRD和SEM对复合材料层的微观组织结构进行了分析。结果表明,WC颗粒在复合材料层中分布比较均匀,而且在深度方向上梯度分布。复合材料层中形成了新相TiC和W2C。TiC的数量和尺寸在复合材料层不同区域存在较大差异。在复合材料层上部,TiC的数量较多而且尺寸较大;在复合材料层下部,TiC的数量和尺寸均明显减少。WC/Ti界面反应层由W2C和TiC两层组成,WC颗粒注入位置对反应层尺寸有很大影响,WC颗粒从熔池后部"拖尾"注入可以有效减小反应层尺寸。

WC颗粒增强钢基表面复合材料的高温摩擦磨损性能

为了对高温磨损工况下表面复合材料的设计提供理论依据,采用高温摩擦磨损试验机对通过真空实型铸渗法制备的WC/钢基表面复合材料的高温磨损性能进行了研究。通过对不同温度下摩擦磨损数据进行分析,结果表明,在温度较低(0～200℃)时,摩擦副具有较大的摩擦系数,随着温度的升高,摩擦系数先降低后增大,而表面复合材料的磨损率随着温度的升高呈先略有降低后升高再降低的趋势。WC颗粒增强钢基表面复合材料在200℃时磨损表现为粘着磨损和疲劳磨损;而在300℃、500℃和600℃时表现为氧化磨损和疲劳磨损,其磨损过程为氧化与剥落交替进行的动态磨损过程。

WC_p/2024铝合金复合材料界面反应的分析

采用真空热压法在不同温度下制备了体积分数为12%的WCp/2024Al复合材料,试验中所用WC原始粉末的平均粒径分别为2μm和8μm。利用XRD、SEM、EDS等方法对增强颗粒与基体金属之间的界面反应进行了研究。结果表明,界面反应的主要产物为WAl12,但是当制备温度较高时,界面反应产物中出现少量Al5W,并且WCp(2μm)/2024Al复合材料界面反应的起始温度低于WCp(8μm)/2024Al复合材料。硬度测试结果表明,界面反应发生后,复合材料的硬度提高,最高比例达50%。

电冶熔铸WC/钢复合材料的显微缺陷

采用电冶熔铸工艺将废弃的WC钢结硬质合金制备成WC/钢复合材料,研究了复合材料中显微缺陷的形貌及形成机理。结果表明:电冶熔铸WC/钢复合材料的气孔及夹杂含量少,可有效解决WC颗粒的偏析。X射线衍射、扫描电镜和透射电镜分析显示,WC颗粒和钢基体界面上发生了界面反应,生成了高稳定性的Fe3W3C界面层。

WC溶解对WC_p/钢基表层复合材料组织和性能的影响

利用V-EPC法制备了WC颗粒增强钢基表层复合材料。通过金相、扫描电镜、XRD、显微硬度及冲击磨料磨损性能测试等手段重点研究了在预制层中添加镍基自熔合金粉末(Ni6025WC)后,WC在基体中的溶解对复合材料组织和性能的影响。结果表明,WC在复合层中全部溶解使复合层基体中出现珠光体,残留奥氏体,马氏体以及M6C型碳化物,经分析知该M6C型碳化物为Fe3W3C。本试验得到的试样显微硬度与同类WC/钢基表层复合材料相比显著降低,冲击磨料磨损下的体积磨损率也较高。这些均表明WC在基体中过度溶解和Fe3W3C在基体中的含量较多时,复合材料的性能较差。

WC/Cu复合材料制备及其高温性能

用机械合金化法结合冷变形 ,制备了WC/Cu复合材料 ,研究了冷变形后复合材料的组织特征和高温退火时的性能变化。结果表明 :烧结后的材料经冷变形 ,组织呈显著纤维状 ,WC颗粒弥散分布 ,密度明显提高 ,达到理论密度的 99 2 % ;复合材料经 6 0 0～ 90 0℃高温退火 ,强度和硬度略有下降 ,塑性则有大幅提高 ;90 0℃退火时未发生明显的再结晶 ,界面结合良好 ;

WC对Cu/WC_P复合材料性能及组织的影响

通过ＷＣ含量对ＷＣ／Ｃｕ复合材料性能的影响，确定了冷压－烧结法制备Ｃｕ／ＷＣ材料的适宜ＷＣ含量为１０ｖｏｌ％左右。并就ＷＣ对该材料组织和再结晶行为的影响进行了有益的探讨。

电冶熔铸WCp/钢基复合材料的组织及断口研究

用电冶熔铸法制备了20wt%WC颗粒增强钢基复合材料,进行三点弯曲法破断试验,并观测材料的显微组织及断口形貌,分析热处理工艺对显微组织和断口形貌的影响。结果表明:WC颗粒相基本溶解于钢基体相中,并沿晶界生成Fe3W3C复式碳化物,同时两相实现了冶金结合;断口分析证实此类断口为韧———脆复合断口,其中,部分硬质相颗粒表面出现解理断口。热处理工艺和颗粒本身特征均可影响基体断口形貌和断裂机制。淬火态断口基本为沿晶断裂;低温回火态断口以细韧窝及部分沿晶断口为主要断裂机制;退火态断口为准解理及韧窝复合断口。

WC/钢基复合材料奥氏体化后的硬化效应及微观机理

研究了碳化钨 (WC)增强钢基复合材料经 980℃～ 12 4 0℃范围高温奥氏体化后的淬火硬化效应 ,发现此材料具有显著的淬火硬化效果 (6 8H RC)及良好的抗回火稳定性。研究了材料组织中大块硬质相 ,WC聚集区及基体显微硬度 (H V0 .0 5)的变化以及与宏观洛氏硬度之间的关系。最后 ,从材料科学及合金电子论角度得出了复合材料的超高硬度是来自 W,Mo等含碳结构单元构成的强大马氏体基体及大体积比例分布的硬质相的贡献。

WC_P/钢基复合材料及复合轧辊的研究进展

综述了轧辊材料的发展状况以及轧辊的失效形式,重点阐述了WCP/钢基复合材料及其复合轧辊的制备工艺,指出了制备WCP/钢基复合材料工艺中存在的问题和解决办法,并在此基础上探讨了提高WCP/钢基复合轧辊质量的措施和途径。

WC/钢复合材料渗硼中WC颗粒对硼化物生长的影响

采用粉末渗硼法,对三种WC含量不同的WC/钢复合材料进行渗硼处理。利用SEM、XRD及自制的黑白图片伪彩色处理仪等方法对渗硼层的组织结构、硬度分布、渗硼层厚度及渗硼层内裂纹萌生进行研究,重点分析了WC含量及分布状况对硼化物生长的影响。结果表明:进行渗硼后,材料表面可获得高硬度FeB+Fe2B的渗硼层,且随WC含量的增加,Fe2B含量相对增加。在渗硼过程中,WC颗粒对硼化物的生长起阻碍作用,而且含量愈多,阻碍作用愈大,渗硼层愈浅。当WC颗粒的分布方向与渗硼方向平行时,对硼化物生长的阻碍作用最小,渗硼层厚且致密,且在冷却时不易产生裂纹;当WC颗粒的分布方向与渗硼方向垂直时,对硼化物的生长阻碍作用最大,获得的渗硼层较浅,并且在渗层中出现明显的疏松区;当WC粒子呈无序分布,对硼化物的生长阻碍作用介于上面两者之间。硼化物生长时,遇到大颗粒WC其尖端变钝并停止生长;遇到小颗粒WC可以“吞食”。

激光-TIG复合熔注制备WC_p/Al复合材料层的微观组织

采用激光-TIG复合熔注工艺，在铝合金表面制备WCp／Al表面复合材料层。通过优化激光功率、TIG电流、扫描速度和送粉率等工艺参数，可以获得0．5～4.3mm厚的表面复合材料层。采用XRD、SEM、EDS等手段对表面颗粒强化层的微观组织和成分进行研究。结果表明：熔注层基体的微观组织为过共晶组织；熔注层不同位置的过共晶相具有不同的形貌，熔池上部主要为含有十字花状、鱼骨状、蝶状先共晶相（W1-xAlx）Cy的过共晶组织，而底部的先共晶相呈现块状形态。

数字图像相关法在WC/Cu复合材料线膨胀系数测量中的应用

为了提高数字图像相关曲面拟合法在实际应用中的亚像素定位精度,对曲面拟合法进行了修正,并用修正后的曲面拟合法研究了WC颗粒大小和含量对WC/Cu复合材料线膨胀系数的影响。首先,分析了曲面相关拟合法在实际应用中的测量误差来源,并对其进行了修正。然后,用粉末冶金法制备出WC/Cu复合材料,对表面制备有耐高温散斑的试件进行热膨胀实验,并利用修正后的曲面拟合法测量了不同温度下WC/Cu复合材料的热变形场。最后,通过一元二次多项式拟合建立了WC/Cu复合材料热膨胀系数真值。结果表明:修正后的曲面拟合法有效地改善了传统方法的亚像素位移在0.5像素左右位移场不连续的问题,减小了亚像素定位误差,获得了更为准确的测量数据。

电冶熔铸WC-Co/钢复合材料组织和性能的研究

用回收的废WC Co硬质合金作原料,采用电冶熔铸法制备了新型的WC/钢基复合材料。借助金相分析、扫描电镜及X射线衍射等方法研究了该材料铸造原始态和退火态的微观组织结构,还测试了主要力学性能。材料中的硬质相和钢基体相的相互溶解,使两相实现了冶金结合,形成含W和Co的碳化物,但形态不佳。增加电磁搅拌可使枝晶"破碎";经退火处理和锻造可以改善材料中的不良组织,使硬质相碳化物粒子均匀地分布在钢基体中,冲击韧度也得到提高。