WC–xVC复合粉的制备及高含量VC对WC–Co基硬质合金微观结构和力学性能的影响

采用两步碳热还原法合成了WC–xVC复合粉,并以此为原料通过真空烧结法制备了不同Co含量(6%和10%,质量分数)的WC–Co–VC硬质合金,研究了烧结温度(1420℃、1440℃和1460℃)对硬质合金致密化过程的影响,分析了Co和VC含量对WC晶粒尺寸以及硬质合金维氏硬度和断裂韧性的影响。结果表明,随着烧结温度的升高,合金的相对密度增大,当烧结温度为1460℃时,所有合金试样的相对密度均大于98.5%。此外,随着VC含量的增加,WC的平均晶粒尺寸减小,这导致样品的硬度提高,断裂韧性降低。当VC质量分数为6%时,WC–6Co硬质合金和WC–10Co硬质合金的硬度均达到最大值,分别为HV301941和HV301838。在烧结温度和VC含量一定的情况下,试样的断裂韧性随着Co含量的增加而增加,试样的硬度随着Co含量的增加而减小。

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。

超粗晶WC-Co硬质合金制备技术及发展趋势

超粗晶硬质合金因其独特的组织特征,表现出良好的抗冲击性、耐磨性、抗热疲劳性等优势,在凿岩、冲压模具、热轧辊领域具有极大的发展潜力,在硬质合金领域备受关注。本文概述了超粗晶硬质合金的特点及增韧机理,介绍了目前粗颗粒WC原料粉末和超粗晶硬质合金的制备工艺,以及超粗晶硬质合金性能强化方法的探索情况,最后对超粗晶硬质合金的发展趋势提出了几点思考。

不同含量WC颗粒增强激光熔覆截齿涂层性能研究

目的解决截齿磨损失效问题,研究不同WC颗粒含量对42CrMo截齿激光熔覆Co基/WC复合涂层表面形貌及裂纹率、显微硬度、耐磨/耐腐蚀性能的影响机制。方法通过在42CrMo截齿基体上制备Co基/WC复合涂层,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计、摩擦磨损试验仪及电化学工作站测试不同WC颗粒含量对熔覆层性能的影响。结果Co基/WC复合涂层表面较为平整,当WC颗粒质量分数大于30%时,熔覆层表面开始出现交错裂纹;当WC质量分数为80%时,裂纹率增加35%。Co基/WC复合涂层的显微硬度皆高于42CrMo基体(378HV0.2),随着WC颗粒含量的增加,熔覆层平均显微硬度从448HV0.2提升到890HV0.2。Co基/WC复合涂层的摩擦系数、磨损量均小于42CrMo基体,WC颗粒质量分数增加到80%时,熔覆层平均摩擦系数为0.270,为基体(0.567)的50%,磨损量仅为1.0 mg,相比于42CrMo基体(18.6 mg)降低了约95%,低WC颗粒含量以黏着磨损为主,高WC含量以磨粒磨损为主。熔覆层耐腐蚀性能随WC含量的增加先增大、后减小,WC质量分数为30%时,熔覆层的耐腐蚀性能最好,具有最小的电流密度(1.465×10^(–7)A/cm^(2)),相比基体电流密度(8.031×10^(–6)A/cm^(2))降低了98%。结论WC颗粒含量对Co基/WC复合熔覆层的裂纹敏感性有显著影响,WC颗粒的细晶、弥散及固溶强化使熔覆层的显微硬度、耐磨/耐腐蚀性能得到明显改善。

超音速火焰喷涂WC-17Co涂层微观结构与性能研究

采用超音速火焰喷涂技术喷涂了两种不同WC颗粒尺寸的WC-17Co粉末。对制备的两种涂层的硬度、孔隙率、断裂韧性、结合强度和电化学腐蚀行为进行了测试。结果表明:具有亚微米结构WC颗粒的粉末制备的涂层,在硬度、孔隙率、断裂韧性方面具有一定优势,而含有大颗粒WC相的粉末制备的涂层在结合强度、腐蚀行为方面优势明显,这说明WC颗粒尺寸对涂层性能有显著影响。

含有金属黏结相的热喷涂WC涂层在盐雾中的腐蚀行为(英文)

研究黏结相化学成分对涂层材料的耐盐雾腐蚀性能的影响,对采用超音速火焰喷涂制得的WC 17Co和WC 10Co 4Cr涂层进行电化学试验和长时间的盐雾腐蚀实验(浓度为5%的NaCl溶液,温度35°C)。结果表明:WC 10Co 4Cr涂层的耐盐雾腐蚀性能优于WC 17Co涂层。对于WC 17Co涂层,主要腐蚀行为除了粘结金属的腐蚀外还包括WC颗粒与粘结相金属之间发生的微点偶腐蚀;对于WC 10Co 4Cr涂层,形成的氧化物有利于抑制金属相与粘结相的腐蚀。说明金属材料成分是影响超音速火焰喷涂WC基涂层耐盐雾腐蚀性能的重要因素之一。

两种AC-HVAF喷涂WC涂层微观组织以及耐蚀性研究

利用AC-HAVF喷涂技术在0Cr13Ni5Mo不锈钢上制备了WC-10Co-4Cr,WC-12Co涂层,并利用XRD,SEM,电化学以及盐雾实验分析了涂层的微观组织以及耐蚀性。结果表明:两种涂层相组成与其粉末一致,未出现其他喷涂技术普遍存在的W2C以及W,AC-HAVF喷涂技术可以有效的抑制WC的分解;两种涂层都很致密且与基体结合良好,孔隙率低;电化学以及盐雾实验发现,WC-10Co-4Cr涂层的耐蚀性好于WC-12Co涂层,并较基体0Cr13Ni5Mo不锈钢有较大的提高,粘结相中Cr元素的加入以及孔隙率低是WC-10Co-4Cr涂层耐蚀性优异的重要原因。

300M钢基体上高速火焰喷涂WC-17Co和WC-10Co4Cr涂层的疲劳和抗盐雾腐蚀性能

以涂层在飞机起落架的应用作为研究背景,在300M超高强钢基体上对替代电镀硬铬的两种高速火焰喷涂WC-17Co和WC-10Co4Cr涂层的疲劳和抗中性盐雾腐蚀性能进行了研究。结果表明,两种有涂层的300M钢的疲劳寿命均高于无涂层300M钢,如考虑扣除涂层承受载荷,有涂层的300M钢与无涂层300M钢的疲劳寿命相当。喷砂镶嵌在基体表面的刚玉砂粒导致有WC-10Co4Cr涂层的疲劳寿命低于有WC-17Co涂层的300M钢。两种涂层对基体的疲劳性能都没有负面影响;两种涂层都提高了300M钢的抗盐雾腐蚀性能,但有WC-10Co4Cr涂层的300M钢表现出更好的抗盐雾腐蚀性能。综合比较两种涂层的性能,高速火焰喷涂WC-10Co4Cr涂层是更好的电镀铬替代涂层。

Cr对超音速火焰喷涂WC-Co涂层抗中性盐雾腐蚀性能的影响

研究了超音速火焰喷涂(HVAF)WC-Co和WC-CoCr涂层的抗化学腐蚀性能。采用XPS对超音速火焰喷涂涂层的表面和内部进行了分析,在中性NaCl溶液中对涂层进行了电化学分析。结果表明,WC-Co中的粘结相Co主要呈金属单质,而WC-CoCr涂层中粘结相分别呈单质Co和Cr2O3。电化学极化测试表明,WC-Co涂层处理明显提高了基体的腐蚀电位,而添加Cr后则进一步提高了腐蚀电位。400 h中性盐雾腐蚀结果表明,WC-CoCr涂层的抗化学腐蚀性能优于WC-Co涂层的。腐蚀后的SEM表明,腐蚀介质先腐蚀涂层中的粘结相,当腐蚀介质扩散到基体中则优先腐蚀基体。添加少量的Cr在粘结相中形成了Cr2O3陶瓷钝化相,有利提高HVAF WC-Co涂层的抗腐蚀性能。

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。

WC粒度对超音速火焰喷涂WC-10Co-4Cr涂层耐腐蚀性能的影响

采用制粒-高温快速烧结法制备两种分别含亚微米级和微米级WC粒径的WC-10Co-4Cr喷涂粉末,并用超音速火焰喷涂(HVOF)技术在45#钢基体上制备涂层;利用扫描电子显微镜和电化学工作站分别对涂层的显微形貌及耐腐蚀性能进行分析检测,探讨WC粒度对涂层耐腐蚀性能的影响和涂层的电化学腐蚀机理。研究结果表明:两种涂层组织致密,界面结合良好;含亚微米级WC粒径的涂层具有相对较低的孔隙率,使其涂层的耐腐蚀性能优于含微米级WC粒径的涂层。在3.5%Na Cl溶液中涂层的硬质相WC和粘结相Co发生电偶腐蚀,且低电位的Co相优先腐蚀,导致WC颗粒脱落,出现凹坑及点蚀现象。

WC对激光熔覆层组织及耐磨耐冲击性的影响

激光熔覆Ni基合金涂层具有良好的综合性能,但耐磨与耐冲击性能仍有待提高。分别采用含微米与纳米WC颗粒的Ni基粉末激光熔覆制备WC/Ni涂层,研究两种WC颗粒对Ni基涂层组织及耐磨耐冲击性的影响。利用SEM与XRD对涂层进行微观组织分析,利用高速摄像机分析熔覆过程中的熔池形态。采用磨损试验机、夏比冲击试验机对涂层进行耐磨性与耐冲击性测试。纳米WC对熔池流动的促进作用强于微米WC,并使涂层组织得到更显著的细化。由于微米WC与Ni45涂层结合紧密,磨损试验中能有效抵抗配磨件微凸体的切削,最终显著增强涂层耐磨性,磨损率较Ni45涂层降低88.38%。但微米WC的高脆性不利于涂层耐冲击性的提高,冲击韧性仅为Ni45涂层的91.28%。由于纳米WC在细化晶粒的同时会弥散分布于晶界与共晶区,在磨损过程中阻碍位错运动,抑制晶粒塑性变形,进而减弱配磨件对涂层的切削,提高涂层耐磨性,磨损率较Ni45涂层降低53.43%。由于在晶界与共晶区的纳米WC会阻碍裂纹扩展并改变扩展方向,进而提高形成贯穿裂纹的能量,增加涂层断裂所需的冲击功,使涂层耐冲击性得到显著提高,冲击韧性较Ni45涂层提高13.37%。通过有限元分析可知,在冲击过程中涂层中的高脆性微米WC会形成高应力集中,证明其对涂层耐冲击性具有不利影响。而纳米WC能降低位错的不均匀滑移,缓解位错堆积,进而有效分散涂层在冲击过程中形成的应力集中,证明其能显著提高复合涂层的耐冲击性能。研究证明,纳米WC能实现涂层耐磨性与耐冲击性的同步提升。

两种WC基涂层在600℃下的摩擦学性能

采用超音速火焰喷涂技术制备了WC-(W,Cr)2C-Ni和WC-17Co两种涂层,评价了两种涂层在高低温快速交变条件下的热震性能,并使用SRV摩擦磨损试验机考察了两种涂层从室温到600℃时与Si3N4球配副时的摩擦磨损性能。结果表明:WC-(W,Cr)2C-Ni涂层的抗热震性能远优于WC-17Co涂层;WC-17Co涂层虽具有较低的磨损率,但是高温下涂层中产生大量裂纹及发生因严重氧化而导致的硬度下降,表明该涂层不适于作为400℃以上的耐磨材料;尽管WC-(W,Cr)2C-Ni涂层的磨损率比WC-17Co涂层大,但仍属于微量磨损,且其具有优异的抗高温氧化性能和抗热震性能,所以该涂层非常适于作为高温或宽温域下的耐磨材料。

螺杆泵转子表面HVOF喷涂WC涂层的耐磨抗蚀性能

采用超音速火焰喷涂(HVOF)技术,在螺杆泵转子基材45钢表面分别制备WC-12Co和WC-10Co-4Cr涂层,并利用SEM、EDS、XRD及显微硬度计等手段,表征了涂层的微观形貌、孔隙率、相结构和维氏硬度.在摩擦磨损试验和电化学试验基础上,探讨了涂层磨损和腐蚀机理.研究结果表明:WC-12Co涂层和WC-10Co-4Cr涂层组织结构致密,孔隙率分别为0.58%和0.48%,平均维氏硬度分别为1385.87 HV_(0.3)和1268.62 HV_(0.3),磨损量分别为基体的19.5%和21.8%,WC-12Co涂层耐磨性最优;两种涂层磨损机制均为轻微的磨粒磨损,而基体以磨粒磨损为主,黏着磨损为辅;WC-12Co和WC-10Co-4Cr涂层的腐蚀电流密度分别为基体的21.1%和12.8%;WC-10Co-4Cr涂层电荷转移电阻最大,可见Cr氧化物所形成的钝化膜使WC-10Co-4Cr涂层的抗腐蚀性最佳;两种涂层均在WC与金属黏结相之间发生微电偶腐蚀,导致黏结相溶解和部分WC颗粒脱落,腐蚀产物起到保护涂层作用.

仲钨酸铵结晶掺Cr制备的WC粉和超细硬质合金的性能研究

与固相掺Cr相比,仲钨酸铵结晶掺Cr制备WC粉的宏观和微观均匀性较好;用其制备的超细WC-Co类硬质合金晶粒细小、粒度分布窄,组织均匀,合金中无异常晶粒、孔隙等缺陷,硬度和强度有一定提升,密度、钴磁、磁力等性能相近。

Cr含量对超音速火焰喷涂WC/Co复合涂层组织及电化学特性影响研究

研究了超音速火焰喷涂(HVOF)技术制备WC/12Co和WC/10Co4Cr涂层的组织形貌与电化学特性。采用SEM及XRD对WC-Co复合涂层进行了微观形貌分析及物相分析,在3.5%Na Cl溶液中对涂层进行了电化学分析。结果表明,涂层由较大的WC颗粒及粘结相组成,在喷涂过程中WC颗粒不断累积形成层片状结构,在喷涂过程中涂层有不同程度的失碳,形成了具有脆性的W2C。电化学极化测试表明,由于Cr元素的加入,WC/10Co4Cr涂层的腐蚀电位、腐蚀电流密度、腐蚀速率及腐蚀深度均优于WC/12Co涂层,表现出更为优异的抗电化学腐蚀性能。

WC晶粒定量测量研究

用图片比较法、截线法和面积法对WC-Co合金中的WC晶粒进行定量测量,结果表明,截线法最适合WC晶粒的定量测量,并且Co含量的高低不影响截线法定量测量WC晶粒.

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”。

WC在WC／钢复合材料中的溶解行为

本文研究了ＷＣ在ＷＣ／钢复合材料中的溶解行为。用电子探针及扫描电镜能谱分析进行相成分的定性和定量分析；用Ｘ射线衍射仪进行物相分析；用光学显微镜和透射电镜观察了复合材料的显微组织。结果表明，ＷＣ／钢复合材料在烧结和热处理过程中，ＷＣ与钢基体将发生相互溶解与沉淀析出作用。文中还讨论了由于ＷＣ的溶解引起钢基体的化学成分变化，及其对复合材料的热处理、组织结构及性能的影响。

WC晶粒度定量测定的研究

用图片比较法、截线法和面积法对WC Co合金中的WC晶粒度进行定量测定。结果表明 ,截线法最适合WC晶粒度的定量测定 。