金刚石薄膜与WC─Co结合力的研究

对于金刚石薄膜涂层刀具来说，其薄膜涂层与衬底材料之间的结合力是一个十分重要的参数。本文就金刚石薄膜与硬质合金衬底间结合力的测量进行了报导。

WC-Co硬质合金冲蚀模型研究及应用

WC-Co硬质合金是制造固定式节流阀阀芯的主要材料,高压天然气携带着井底杂质颗粒在节流阀节流降压的过程中,对节流阀的核心部件阀芯产生冲蚀破坏。因此,以牌号为YG15的WC-Co硬质合金为研究对象,构建室内冲蚀实验平台,以确定YG15硬质合金的冲蚀模型并结合仿真验证。将冲蚀模型进一步应用至固定式节流阀冲蚀仿真中,预测固定式节流阀阀芯的使用寿命。研究结果表明,确定了YG15硬质合金的冲击角函数和在90°冲击角下的速度指数为2.48;当冲蚀角度由30°增加至90°时,YG15硬质合金靶材的冲蚀磨损量由847.1 mg增加至1235.6 mg;固定式节流阀冲蚀最严重的部位位于节流孔处,冲蚀磨损率随颗粒质量流率的增大而增大;对固定式节流阀进行寿命预测,在颗粒质量流较小的情况下,对节流阀固定油嘴保持一年一换;在颗粒质量流较大时,保持半年内更换一次。

基于响应面法的Ni60/WC涂层表面织构皮秒分束工艺参数预测研究

目的实现六分束激光在Ni60/WC涂层表面烧蚀目标织构激光加工工艺参数的精确选择。方法基于CCD响应面法,设计在不同的激光工艺参数下对Ni60/WC涂层表面进行织构烧蚀试验,以激光频率、扫描次数、扫描速度为影响因素,以圆凹坑织构直径、深度及由其直径和深度综合加权所得的综合目标为响应目标,建立目标织构所需激光工艺参数的预测模型,以织构直径、深度及综合目标作为优化条件,对预测模型进行实验验证。结果扫描次数对织构直径的影响最显著,单个脉冲光斑上所聚集的能量大小是影响织构直径误差的关键因素。对织构深度影响最显著为扫描次数和频率,织构深度与扫描次数、频率呈正相关,不同因素间的交互作用是影响织构加工结果的关键。通过对预测模型所优选的参数进行实验验证发现,以织构直径和深度、综合目标建立的预测模型优选工艺参数所加工圆凹坑织构的质量评价指标与其预测指标的误差率分别为19.37%、3.57%。功率为6 W时,六分束激光加工最优工艺参数为速度5500 mm/s、频率400 kHz、扫描2次。结论通过综合目标建立的Ni60/WC涂层表面圆凹坑织构六分束激光加工参数优选预测模型精确程度较高,能够实现Ni60/WC涂层表面加工所需织构激光参数的准确预测,为涂层表面织构加工激光参数精确选择提供了理论依据。

WC含量对WC增强镍基复合涂层界面组织的影响

WC(碳化钨)增强镍基复合涂层具有高耐磨、耐腐蚀、高硬度特点,在盾构部件、旋耕刀具、石油钻探等领域广泛应用.为提高水力机械过流部件服役寿命,以WC颗粒和镍基粉状钎料为涂层材料,采用真空炉中热辐射钎涂方法在奥氏体不锈钢表面成功制备WC增强镍基复合钎涂层,借助扫描电镜、X射线衍射仪等对钎涂层显微组织和界面行为进行系统分析.结果表明,硬质相WC与镍基钎料界面结合存在机械咬合与冶金结合双重作用;钎涂层与钢基体之间存在一定程度的成分扩散,其较狭窄扩散区宽度约100μm;当WC含量低于25%时,复合钎涂层对不锈钢基体润湿性较好,可制备出最低孔隙率1.08%的复合钎涂层.

CeO_(2)对WC/Ni复合熔覆层微观组织与性能的影响

本工作采用真空熔覆技术制备了不同CeO_(2)含量的WC/Ni复合熔覆层,通过SEM、XRD、EDS及显微硬度计对复合熔覆层的微观组织、成分及硬度分布等进行系统分析。结果显示:与基体呈冶金结合的复合熔覆层组织致密,复合熔覆层由厚度2~3 mm且具有网状结构特征的复合层区与约300μm的过渡层区组成,根据熔合程度过渡区又分为冶金熔合区、扩散熔合区及扩散区;随着CeO_(2)含量的增加,复合熔覆层的晶粒逐渐细化、熔合质量提高,特别是过渡熔合区出现鱼骨状的析出相;复合区的网孔部位主要组成相为γ-(Ni,Fe)固溶体、FeNi_(3)、Cr_(7)C_(3)、Cr_(23)C_(6)、Ni_(3)Si和NiB,网线区主要组成相为WC、WC_(2)、γ-(Ni,Fe)固溶体、共晶组织等;复合熔覆层的显微硬度由表面至基体逐渐降低,且随着CeO_(2)含量的增加硬度逐渐升高,CeO_(2)含量为1.5%时,达到最大值,其平均显微硬度比基体提高5~6倍。

Cr_(3)C_(2)对激光熔覆原位生成WC增强颗粒粒度及涂层性能的影响

为了研究 Cr_(3)C_(2)对原位生成WC增强相粒度的抑制作用及对涂层性能的影响,在H13钢表面制备了 Cr_(3)C_(2)含量为0、1%、1.5%、2%、2.5%的WC增强镍基涂层。采用扫描电镜(SEM)分析涂层的显微组织,比较WC粒度变化情况以及涂层不同形态区域的元素分布;采用X射线衍射仪(XRD)分析涂层的物相组成;采用显微硬度计分析涂层的硬度值;采用摩擦磨损试验机对涂层的摩擦磨损性能进行测试。结果表明: Cr_(3)C_(2)能够显著抑制WC颗粒的长大,但存在一个最佳值, Cr_(3)C_(2)抑制WC晶粒生长的主要原因是 Cr_(3)C_(2)能够降低WC在粘结相的溶解度。随着 Cr_(3)C_(2)的加入,涂层中含铬物质增多,涂层显微硬度也随之增大,当 Cr_(3)C_(2)含量为2%时涂层显微硬度最大。添加 Cr_(3)C_(2)抑制剂的涂层摩擦磨损性能也更优,磨损机理主要为粘着磨损。

Re含量对TiCN-WC-HfN陶瓷微观组织和力学性能的影响

采用真空热压烧结技术制备了TiCN–WC–HfN陶瓷,研究了Re含量(摩尔分数)对其微观组织和力学性能的影响。结果表明:TiCN–WC–HfN–Ni–Re陶瓷材料由TiC_(0.41)N_(0.5)、WC、HfN、TiC、Ni和Re组成,其中TiC_(0.41)N_(0.5)0是TiC与TiN在烧结过程中生成的固溶体。TiCN–WC–HfN–Ni–Re陶瓷材料断口上存在凹坑和解理面,当Re摩尔分数为2.5%时,材料断口上的凹坑较多。当Re摩尔分数由0增到3.0%时,材料的维氏硬度、抗弯强度和断裂韧度均先增大后减小。当Re摩尔分数为2.5%时,材料的力学性能最优,其维氏硬度为(19.25±0.21)GPa、抗弯强度为(1304±23)MPa、断裂韧度为(7.73±0.22)MPa∙m^(1/2)。TiCN–WC–HfN–Ni–Re陶瓷在断裂过程中发生了穿晶断裂和沿晶断裂,其增韧机制为裂纹偏转和裂纹桥连。

激光熔覆WC/316L复合涂层结构及磨损性能

为改善激光熔覆过程中WC增强金属基复合涂层分解与分布不均匀的问题,采用激光熔覆技术制备了50%WC含量的WC/316L复合涂层,分别采用扫描电子显微镜(SEM)、显微维氏硬度计、摩擦磨损试验机表征了熔敷层的组织形貌、硬度与摩擦磨损性能。结果显示,低热输入量可以防止WC颗粒下沉,提升熔覆层厚度方向上的WC颗粒分布均匀性;但WC的平面分布均匀性较差,同时低热输入导致WC颗粒结合较弱,易发生脱落;熔覆过程中,粉末中15%的WC发生分解。研究表明,通过降低激光热输入量,可以制备WC厚度方向较为均匀的复合涂层,提升熔覆层耐磨性,但是需要优化WC平面分布均匀性与WC颗粒结合性能。

超声对激光熔覆WC颗粒强化涂层耐磨防腐性能的影响(特邀)

面向海洋、矿山等领域机械部件表面耐磨防蚀涂层制备需求,针对陶瓷颗粒强化涂层高耐磨性能与高耐腐蚀性能难以兼容的问题,搭建了超声辅助激光熔覆试验平台,制备了有无超声作用下的碳化钨(WC)颗粒强化涂层。研究了超声对复合涂层微观组织形貌、元素分布、WC表面合金层厚度的影响规律,并进一步开展了有无超声试样硬度、摩擦磨损与耐蚀性能测试。结果表明:超声振动能够细化晶粒,平均晶粒尺寸从101.0μm降至59.6μm,抑制偏析,促使WC表面合金层溶解与熔覆层元素的均匀分布;超声作用下,试样平均显微硬度由310 HV0.1提升至425 HV0.1,同时超声作用下WC颗粒周围硬度分布更加均匀;有无超声作用下试样失重量分别为6.5 mg和8.8 mg,试样磨损率分别为0.032 3 mg/m和0.043 8 mg/m,试样磨损率降低了26.2%;超声作用下试样腐蚀电流密度由5.20μA/cm2降低为2.13μA/cm2,同时电化学阻抗谱表明超声作用下试样表面具有更大的电容阻抗环、阻抗模量与相角值。

表面机械研磨法制备Ni+WC复合涂层的耐磨性研究

为强化TA1钛合金的组织结构并提高其耐磨损性能,采用行星式机械球磨装置,在Ni与WC 2种粉末配比分别为1∶1、2∶1、3∶1、4∶1及5∶1的5种混合型增强介质下对TA1合金进行表面机械复合强化处理,在0.05 MPa氮气气氛下,设定转速为350 r/min,时间为8 h,对TA1钛合金进行表面机械变形+固相涂层复合强化处理,这种一步法表面复合强化技术具有工艺简单、能耗少、涂层选材灵活等优势。结果显示:TA1钛合金表面形成由Ni+WC涂层+形变细晶区组成的复合强化层,涂层区厚度在40μm以上,其中Ni∶WC为3∶1时所得复合涂层内部缺陷最少,且连续均匀。在5 N、10 N载荷下Ni∶WC为3∶1摩擦系数相较于其他比例低,摩擦区间更加稳定且持续时间更长。2种载荷下磨损量均较TA1原样少,其中Ni∶WC为3∶1的强化样磨痕深度、磨损量均优异于其他4种配比,因此减摩效果最为优异。此种Ni、WC混合增强介质下表层机械复合强化工艺可大幅提升TA1钛合金表层耐磨损性。混合增强颗粒涂层具有较强的减摩效果,其磨损机制主要是磨粒磨损与氧化磨损。

冷喷涂Ti/WC复合涂层的组织与耐磨性研究

为解决钛及其合金磨损性能较差的问题,采用高压冷喷涂技术在Ti6Al4V合金基体上沉积了2种不同成分的Ti/WC复合涂层,通过室温下的干滑动摩擦磨损试验分别测试了基体与复合涂层的摩擦性能,并采用扫描电镜及拉曼光谱对磨损表面进行了观察与表征。结果表明,与Ti6Al4V基体的磨损率(4.06×10-7 mm3/(N·m))相比,复合涂层的磨损率降低了一个数量级,表现出优异的耐磨性。此外,涂层内WC含量的增加,提高了涂层的显微硬度,涂层的耐磨性也随之提升。在磨损轨迹表面,由TiO2、WO3以及WC碎片构成的摩擦膜能够有效避免磨球与涂层表面的直接接触,从而降低磨损程度。因此,冷喷涂Ti/WC复合涂层在钛合金磨损防护方面具有一定的应用前景。

激光熔覆Ni/WC梯度复合涂层的组织与性能研究

目的减少涂层内部缺陷,提高Cr12MoV模具钢表面的显微硬度及耐磨性。方法采用激光熔覆技术在Cr12MoV钢上逐层制备Ni60-Ni60/25%WC(Ni/WC)梯度复合涂层。借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计、摩擦试验机和冲击试验机,研究梯度复合涂层的物相组成、微观组织、显微硬度、耐磨性与冲击韧性。结果在Cr12MoV的基体上制备Ni/WC梯度复合涂层,Ni60层与Ni60/25%WC冶金结合理想。Ni/WC梯度复合涂层的表面主要物相为γ-(Fe,Ni)、FeNi_(3)、CrB、Cr_(7)C_(3)、Cr_(23)C_(6),从Ni60层底部到顶部依次为胞状晶、柱状晶、细小的等轴枝晶。Ni/WC梯度复合涂层硬度呈梯度分布,涂层的平均硬度达到698.5HV,相较于基体提高了约55.2%。与基体相比,Ni/WC梯度复合涂层表现出更好的耐磨性能,摩擦系数和磨损率分别下降了40.92%和28.6%,其中基体表现为黏着磨损,然而涂层整体表现为磨粒磨损。但较基体而言,Ni/WC梯度复合涂层的冲击韧性值降低了32.48%,复合涂层区域表现为脆性断裂。结论Ni/WC梯度复合涂层冶金结合良好,同时与基体相比,Ni/WC梯度复合涂层可以有效提高硬度及耐磨性,但冲击韧性有所降低。

热流密度对高速钢刀具多道熔覆WC/Co陶瓷层组织与性能的影响

目的研究高速钢刀具表面激光多道熔覆WC/Co陶瓷层时,热流密度对熔覆层道次间的影响规律,以及多道熔覆层制备时的参数选择。方法建立多道单层激光熔覆理论模型,并利用模拟仿真和实验的方法,以热流密度作为评价指标,对激光热源的不同参数和熔覆层组织与性能进行耦合分析。结果当热流密度小于24.06×10^(6) W/m^(2)时,熔覆层内形成细长的枝状晶。当热流密度在36.09×10^(6)~39.82×10^(6) W/m^(2)变化时,熔覆层内形成以胞状、枝状为主要强化相的多晶体混合组织。当热流密度大于44.11×10^(6) W/m^(2)时,熔覆层组织形成稳态的块状结构。不同热流密度下,熔覆层的物相组织均由Fe_(3)W_(3)C、Co_(3)W_(3)C、Mo_(3)Co_(3)C、W_(2)C、WC、Cr_(3)Mo、(Cr,Fe)_(7)C_(3)和多种间隙化合物组成。结论当第n道熔覆层制备完成后,受到后续第n+1道熔覆层制备时热流密度的影响较大,而此后道次的影响较小。熔覆层内部组织形态随着热流密度的增加从细长的枝状晶向胞状晶转变,再逐渐形成稳态块状晶。熔覆层内各位置的显微硬度值随着热流密度的增加而先增大,随后逐渐减小。较大的热流密度会导致基材参与熔覆的质量增加,但降低了基材的抗弯曲强度,加大了熔覆层及基材断裂的可能性。当热流密度为36.09×10^(6) W/m^(2)时,是一组较为理想的工艺参数选择。

不同预热温度WC增强镍基合金堆焊层的微结构演化与摩擦学性能

目的研究不同预热温度(200、400℃)条件下硬质颗粒增强镍基合金堆焊层的微观组织结构演化机理,以及对其力学性能、磨损性能的影响规律。方法采用等离子弧焊接技术在42CrMo钢基体表面堆焊硬质WC颗粒增强镍基强化层,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、硬度计和摩擦磨损试验机,分析不同预热温度堆焊层的物相组成、微观组织形貌、力学性能和磨损性能,建立堆焊层制备工艺–微观组织结构–力学性能–磨损性能之间的强映射关系。结果堆焊层主要由γ-Ni/Fe、WC、W_(2)C、M_(7)C_(3)、M_(23)C_(6)、Ni_(2)W_(4)C、Cr_(3)C_(2)等物相组成,在预热温度200℃下堆焊层二次碳化物析出较少,发生了严重的WC颗粒沉降现象;在预热温度400℃下,堆焊层析出了大量的二次碳化物,WC颗粒沉降减弱,组织均匀性提高。在400℃下预热,相较于200℃下预热,堆焊层的磨损质量减少了51.85%,磨损率减少了51.89%。结论高预热温度和长保温时间可促进WC颗粒界面反应,驱动大面积二次碳化物的析出,有效缓解WC颗粒沉降,改善凝固组织中WC颗粒的分布均匀性,从而显著提高堆焊层的硬度和耐磨性。

Y_(2)O_(3)改性Co黏结相对WC-10%Co硬质合金组织和性能的影响

采用行星球磨法制备掺杂Y_(2)O_(3)的Co复合粉末,再添加WC粉末制得含Y_(2)O_(3)的WC-Co混合粉末,随后经SPS工序制得WC-Co-Y_(2)O_(3)硬质合金。采用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、维氏硬度计和摩擦磨损试验机研究了球磨时间对Co-1%Y_(2)O_(3)复合粉形貌及物相,以及球磨时间、Y_(2)O_(3)含量对WC-Co-Y_(2)O_(3)硬质合金微观组织、物相组成、密度、维氏硬度、断裂韧性和耐磨性能的影响。结果表明:添加Y_(2)O_(3)后球磨,Co衍射峰向较大角度方向偏移;随着球磨时间的延长,Co晶粒被破坏,尺寸变小,导致Co衍射峰强度降低。硬质合金密度、维氏硬度及断裂韧性随着球磨时间的延长而提高,当球磨时间达到36h后,合金硬度趋于稳定,而断裂韧性降低。合金密度、维氏硬度、断裂韧性和耐磨性随着Y_(2)O_(3)含量的增加均出现了先上升后下降的趋势,当Y_(2)O_(3)含量为1%时合金综合性能最佳。分步球磨添加稀土氧化物Y_(2)O_(3)可以强化Co黏结相,抑制WC晶粒长大,增强合金的力学性能。

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定WC-Co硬质合金中铪元素含量

铪在硬质合金生产中,常作为添加剂以提高硬质合金的力学性能,故而硬质合金中铪含量的准确测定具有重要的意义。现存化学容量法测定硬质合金中铪,存在危险性较大、操作复杂、分析效率低等缺点。本文从样品前处理、分析线的选择、基质效应的探究等方面对硬质合金中铪的测定方法进行了探究,建立了电感耦合等离子体原子发射光谱法测定WC-Co硬质合金中铪含量,该方法具有安全、高效、操作简单、低成本等优点。在选定的条件下,选择体积比1∶1的硫酸、硫酸铵混合液结合柠檬酸和双氧水作为前处理溶剂,选择铪谱线264.141 nm作为分析谱线,利用基质匹配法配制标准溶液,方法校正曲线线性大于0.9999,线性范围为0.0~2.0μg/mL,检出限为0.0084μg/g,加标回收率为99.17%~103.63%,相对标准偏差RSD<0.758%。本方法为WC-Co硬质合金中铪含量的检测提供了可行性方法。

起落架用高速火焰喷涂WC涂层覆盖高强钢海水环境腐蚀与开裂行为

为探究水陆两栖飞机用起落架材料海洋环境适应性及其失效机制。通过在热轧300M高强钢表面制备高速火焰喷涂WC涂层,使用电化学测试、盐雾实验、拉伸实验、疲劳实验,并通过SEM,EDS,XRD以及CLSM表征,开展其在人工海水环境中的腐蚀行为研究。研究结果表明,在pH值为8.2的人工海水环境中,WC涂层发生明显的钝化,具有较好的耐蚀性,这与在碱性环境下涂层中的Co发生钝化有关。长周期电化学阻抗结果表明,浸泡28天后,涂层耐蚀性上升,这与表面黏结剂形成的氧化物有关。与300M基材相比,喷涂后的材料抗拉强度略微升高,这与涂层内部的残余应力释放有关,其在人工海水中的开裂主要受阳极溶解过程控制。随着预腐蚀时间的增加,材料的疲劳寿命发生明显降低,在预腐蚀过程中,环境中的腐蚀性介质进入涂层内部,增加了缺陷的数量,使得涂层提前发生失效,导致材料断裂敏感性增加。WC涂层有较好的耐蚀性,拉伸过程中残余应力的释放使材料的抗拉强度略微升高,经过预腐蚀后涂层提前发生失效,使得材料疲劳寿命降低。

超细/纳米晶WC基硬质合金制备技术研究发展现状

超细/纳米晶WC基硬质合金具有超高强度、硬度和韧性等优点,在汽车、航空航天、国防军工等领域有着重要应用。然而,超细/纳米级WC粉末粒度小、活性大,控制超细/纳米级WC粉末在烧结过程中的快速长大粗化成为一个巨大的挑战。为了获得超细/纳米晶WC基硬质合金,从原料粉末制备、新型烧结技术开发、晶粒长大抑制剂添加和新型硬质合金设计等方面综述最新的研究进展,分析优化的制粉和烧结工艺获得的WC粉末的粒度以及烧结后合金的力学性能,并对比各种晶粒生长抑制剂对WC基硬质合金微观结构和性能的影响,比较新型的烧结方法,如低压热等静压烧结(Sinter-HIP)、放电等离子体烧结(SPS)和微波烧结(MS)对WC基硬质合金微观结构和性能的影响,阐述典型的新型纳米级硬质合金的微观结构和性能,包括无黏结剂硬质合金和高熵黏结相的硬质合金,并展望超细/纳米晶WC基硬质合金的发展前景和研究重点,以期为现代超细/纳米晶硬质合金材料及技术的发展提供新的途径。

Cr_(3)C_(2)添加量对WC-6%Co超细晶硬质合金微结构及力学性能的影响

本文采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和性能检测等研究了Cr_(3)C_(2)添加量对WC-6%Co-(0~1.0%)Cr_(3)C_(2)超细晶硬质合金WC粒度、WC形貌及力学性能的影响。结果表明:WC平均晶粒尺寸随Cr_(3)C_(2)添加量的增加先快速后缓慢减小;添加0.25%Cr_(3)C_(2)后,诱发WC晶粒各向异向生长,WC晶粒形貌呈准三棱柱状,随Cr_(3)C_(2)添加量的增加,WC晶粒形貌更规则,最终变成三棱柱状;随Cr_(3)C_(2)添加量的增加,WC-6%CoCr_(3)C_(2)超细晶硬质合金的硬度先快速后缓慢增加,而断裂韧性逐渐降低,抗弯强度先增加后缓慢降低;当添加0.6%Cr_(3)C_(2)时,WC-6%Co硬质合金的综合性能最优,其维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为18.42 GPa、3450 MPa和9.32 MPa·m^(1/2)。

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。