WC-Co硬質(zhì)合金短流程制備技術(shù)的研究.pdf

1、WC-Co硬質(zhì)合金因具有高的硬度、耐磨性、橫向斷裂強(qiáng)度和良好的斷裂韌性等綜合力學(xué)性能,在切削工具、耐磨零件、礦山工具等領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。當(dāng)WC晶粒尺寸細(xì)化到超細(xì)乃至納米尺度,硬質(zhì)合金可具有更高的硬度和強(qiáng)度。本文以制備WC-10wt.％Co硬質(zhì)合金為例,采用微米級(jí)藍(lán)鎢(WO2.9)、四氧化三鈷(Co3O4)和炭黑(C)為原料,通過原位還原碳化反應(yīng)一步合成超細(xì)WC-Co復(fù)合粉,隨后應(yīng)用真空燒結(jié)和低壓燒結(jié)技術(shù)對(duì)復(fù)合粉進(jìn)行燒結(jié)致密化制備硬質(zhì)合金

2、塊體材料。本研究開發(fā)出了一條完整的超細(xì)晶WC-Co硬質(zhì)合金的制備路線,與傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金生產(chǎn)工藝相比,該技術(shù)路線顯著縮短了生產(chǎn)周期,具有短流程和低能耗的重要優(yōu)勢(shì)。
　　 首先應(yīng)用化學(xué)熱力學(xué)模型,計(jì)算了WO2.9、Co3O4和炭黑在真空狀態(tài)下發(fā)生原位還原碳化反應(yīng)的吉布斯自由能的變化,從理論上分析了原位反應(yīng)發(fā)生的可行性,并以此指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)工藝參數(shù)的制定。通過原位反應(yīng)的實(shí)驗(yàn),獲得了平均粒徑約為240nm、主相為WC和Co的超細(xì)WC-10wt

3、.％Co復(fù)合粉,驗(yàn)證了熱力學(xué)計(jì)算的準(zhǔn)確性。研究了原料粉末中含碳量對(duì)制備的WC-Co復(fù)合粉的物相的影響,當(dāng)含碳量低于17.01wt.％時(shí),所得復(fù)合粉的物相較復(fù)雜,除了含有WC、Co這兩個(gè)主相外,還含有缺碳相η(CO3W3C或Co6W6C)等雜相。當(dāng)含碳量為17.01wt.％時(shí),制備的WC-10wt.％Co復(fù)合粉物相純凈。
　　 采用真空燒結(jié)技術(shù)對(duì)原料粉末中不同含碳量的WC-10wt.％Co復(fù)合粉進(jìn)行了燒結(jié),獲得系列硬質(zhì)合金塊體材料

4、。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,含碳量為16.69wt.％的硬質(zhì)合金組織較均勻;當(dāng)含碳量為16.75wt.％時(shí),WC晶粒出現(xiàn)明顯的擇優(yōu)生長,形成較多的板條狀WC晶粒;含碳量達(dá)到17.01wt.％時(shí),合金中出現(xiàn)較多的游離碳,致密度明顯降低。對(duì)真空燒結(jié)制備的WC-10wt.％Co硬質(zhì)合金的密度、硬度、橫向斷裂強(qiáng)度等進(jìn)行了系統(tǒng)的測(cè)定和分析。結(jié)果表明,原料粉末中的含碳量對(duì)合金的性能有明顯的影響。當(dāng)原料粉末中含碳量為16.69wt.％時(shí),真空燒結(jié)獲得的合金具有最

5、佳性能,在未添加晶粒長大抑制劑的情況下,合金密度為14.50g/cm3,洛氏硬度為91HRA,橫向斷裂強(qiáng)度為2464MPa;添加晶粒長大抑制劑后,獲得的超細(xì)晶硬質(zhì)合金的平均晶粒尺寸為0.38μm,密度為14.42g/cm3,洛氏硬度為91.5HRA,橫向斷裂強(qiáng)度為2200MPa。
　　 利用低壓燒結(jié)技術(shù)對(duì)含碳量為16.69wt.％的WC-Co復(fù)合粉進(jìn)行了燒結(jié)致密化。結(jié)果表明,低壓燒結(jié)制備的硬質(zhì)合金物相純凈、組織致密;WC晶粒形貌

6、和真空燒結(jié)的合金相差不大,但晶粒尺寸分布明顯變窄,粘接相呈層狀或膜狀均勻分布在WC晶粒周圍。對(duì)低壓燒結(jié)制備的WC-10wt.％Co硬質(zhì)合金的密度、硬度、橫向斷裂強(qiáng)度等性能進(jìn)行了測(cè)試和分析,添加晶粒長大抑制劑和未添加晶粒長大抑制劑的合金的致密度均很高,其橫向斷裂強(qiáng)度均超過3000MPa,最高達(dá)到3504MPa。
　　 本文研究結(jié)果表明,以原位還原碳化反應(yīng)制備的超細(xì)WC-Co復(fù)合粉為原料,應(yīng)用目前工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的真空燒結(jié)和低壓燒