放電等離子原位合成超細(xì)WC-Co硬質(zhì)合金的研究.pdf

1、隨著對(duì)硬質(zhì)合金硬度和強(qiáng)度要求的不斷提高，超細(xì)乃至納米硬質(zhì)合金成為目前國(guó)內(nèi)外硬質(zhì)合金研究的熱點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)超細(xì)硬質(zhì)合金的研究主要集中在粉末的制備與燒結(jié)兩個(gè)方面。本研究旨在利用放電等離子燒結(jié)(SPS)技術(shù)，研究開(kāi)發(fā)了一種低溫、快速、短流程、低能耗的氧化物直接碳化原位合成超細(xì)WC-Co硬質(zhì)合金的新工藝。 首次采用SPS燒結(jié)技術(shù)，通過(guò)氧化物直接碳化原位合成制備了超細(xì)晶WC-Co硬質(zhì)合金材料。研究了原料、合成工藝、配碳量和晶粒長(zhǎng)大抑制劑

2、對(duì)合金物相、顯微組織及性能的影響，分析了原位合成WC-Co硬質(zhì)合金的反應(yīng)過(guò)程。研究表明，以微米級(jí)(藍(lán)鎢+Co3O4+碳粉)為原料，配碳量為14.2～14.4wt％時(shí)；以納米(WO3+Co3O4+C管)為原料，配碳量為15.1wt％時(shí)，合金物相為純WC和Co。當(dāng)配碳量不足時(shí)，塊體中會(huì)出現(xiàn)Co3w9C4或Co3W3C缺碳相，配碳量過(guò)高時(shí)，出現(xiàn)非化合碳。SPS原位合成過(guò)程中，先期在反應(yīng)階段，WO3和Co3O4通過(guò)多步反應(yīng)被還原碳化WC和Co；

3、隨后在致密化階段以較低的燒結(jié)溫度合成致密的WC-Co硬質(zhì)合金。 研究發(fā)現(xiàn)采用微米(WO2.9+Co3O4+C)為原料，在配碳量合適時(shí)，按照先以快速升溫至980℃左右，保溫15min，待真空回復(fù)，充分排出氣體后，繼續(xù)以40℃/min的速度升溫，并同時(shí)加壓至60MPa，升溫至1250℃，保溫3min的SPS燒結(jié)工藝，便可以合成得到致密的超細(xì)WC-Co硬質(zhì)合金，晶粒度達(dá)到0.3～0.5μm。 采用納米原料更容易合成晶粒細(xì)小、組

4、織均勻的合金；通過(guò)適當(dāng)?shù)姆艢鉁囟瓤梢钥刂圃环磻?yīng)速度；在一定的范圍內(nèi)，合金的晶粒度隨燒結(jié)溫度的降低而減小，而燒結(jié)溫度過(guò)低時(shí)，燒結(jié)體將出現(xiàn)疏松；保溫時(shí)間的縮短，可在一定程度上使合金晶粒尺寸減小、粒徑分布更均勻，但使合金斷裂韌性下降；添加晶粒長(zhǎng)大抑制劑，有效的細(xì)化了合金晶粒，同時(shí)大幅度的提高了合金的硬度，但使斷裂韌性下降。 通過(guò)上述研究，進(jìn)一步優(yōu)化了合成工藝，制備得到了晶粒度達(dá)到0.2～0.3μm，硬度HRA94.6的致密硬質(zhì)合金，