WC-Co硬質合金的微波燒結制備研究.pdf

1、本研究采用多模腔微波高溫燒結爐成功制備了WC-8Co硬質合金，通過和真空燒結對比，提出了微波制備硬質合金的工藝特點和性能特征;以微波加熱的整體快速加熱和選擇性加熱特點為依據，分析了微波燒結硬質合金的加熱特性以及其致密化規(guī)律;對微波燒結過程中出現的表層脫碳現象及產生原因進行了系統(tǒng)分析，提出了解決表層脫碳的方法和依據;對微波加熱條件下合金中WC晶粒粗化進行了動力學分析，首次提出了局部液相燒結機理（微波加熱過程中出現無數隨機分布的熱點，熱點中

2、心的WC顆粒優(yōu)先發(fā)生轉動和重排、優(yōu)先發(fā)生共晶反應產生液相、優(yōu)先發(fā)生WC在粘結相Co中的溶解-再析出，以及優(yōu)先發(fā)生WC晶粒合并長大），探討了硬質合金在微波加熱過程中的致密化和合金化過程以及顯微組織演變的規(guī)律，最后初步分析了微波與硬質合金壓坯的相互作用。通過研究本課題取得了以下重要結論:
　　(1)微波燒結具有真空燒結硬質合金方法不可比擬的優(yōu)勢。在微波加熱燒結硬質合金時，試樣溫度能夠瞬時響應微波的輸入功率，無熱慣性，有利于燒結工藝的控

3、制;而且微波加熱脫脂和燒結周期都比真空燒結大幅縮短，從而可以大幅減少能耗，提高能源利用率。此外，微波燒結制備的硬質合金具有一致的硬度分布、良好的磁學性能和優(yōu)異的抗化學腐蝕性能。
　　(2)壓坯密度對微波加熱合金升溫速率的影響很小，而對硬質合金單組元壓坯進行微波加熱后發(fā)現，WC壓坯具有最高的升溫速率，Co壓坯在1100-1150℃時升溫曲線出現波動，WC-8Co壓坯的升溫速率介于兩者之間。致密合金坯的升溫速率在高溫階段顯著滯后于壓坯

4、的升溫速率，而且經過微波高溫處理后的致密合金坯發(fā)生嚴重變形。另外，對不同粉末粒度硬質合金壓坯在微波條件下的致密化和組織演化過程進行了研究。
　　(3)金相顯微組織和XRD分析表明在微波燒結WC-8Co硬質合金過程中發(fā)生了表層脫碳現象，對原始WC粉末進行微波高溫(1400℃)處理后發(fā)現有W衍射峰存在。微波加熱環(huán)境（裝料器皿和燒結氣氛）對制備的硬質合金有重要影響，石墨器皿使合金中的孔隙難以通過表面排除;純氮氣和氮、氫混合氣體對合金的表

5、層脫碳有促進作用;氣氛中存在微量的甲烷就能造成合金表層嚴重滲碳;純氬氣不會造成合金表面脫碳，但純氬氣氣氛容易在高溫階段發(fā)生熱失控;壓坯在空氣中暴露后，會加劇合金表層的脫碳程度。
　　(4)通過補碳措施在一定程度上抑制表層脫碳現象的發(fā)生。在混料時添加炭黑的方法可以改善合金的脫碳現象，有利于合金力學性能的提高，超細WC-8Co(0.15μm)合金總碳量調整為6.08wt％時，硬度和抗彎強度分別達到93.2HRA和3200MPa;提高環(huán)

6、境碳勢可以避免合金表層脫碳，細晶WC-8Co(0.8μm)合金的抗彎強度可以提高到2053MPa;當氮氣中含有5vol％甲烷時有利于避免脫碳，普通晶粒WC-13Co(2.0μm)抗彎強度可以達到2850MPa;當添加0.8wt％Ni粉寬化劑時普通晶粒WC-8Co(2.0μm)合金的抗彎強度提高了25％。
　　(5)對普通晶粒WC-8Co硬質合金的微波燒結致密化過程和WC晶粒粗化動力學進行了分析，發(fā)現燒結溫度為1300℃時合金的收縮

7、速率顯著增加;當燒結溫度低于1280℃時，顯微組織中存在大量未發(fā)育完全的粉末細微顆粒，超過1300℃時，粉末顆粒已經完全消失，晶粒完全呈現出棱柱形狀，繼續(xù)增加燒結溫度，WC晶粒尺寸開始增加;通過Arrhenius測量計算，得到微波燒結WC-8Co硬質合金WC晶粒的粗化表觀活化能為84.48kcal/mol，明顯低于真空燒結。通過微波燒結WC-8Co硬質合金和真空燒結合金的顯微組織對比，提出微波致密化和合金化機理，即局部液相燒結機理，微波