強流脈沖離子束輻照改性WC-Co硬質(zhì)合金強化機制研究.pdf

1、利用TEMP—6型強流脈沖離子束(HIPIB)裝置，產(chǎn)生加速電壓300-350 kV，脈沖寬度70 ns，束流密度300 A/c㎡的C+和H+離子束。利用HIPIB輻照的強化作用，實現(xiàn)了WC—Co硬質(zhì)合金的表面改性，改性的硬質(zhì)合金表面形成的連續(xù)、致密的新相重熔層，耐磨損性能顯著改善，進一步提高了硬質(zhì)合金的使役壽命。 采用束流密度300 A/c㎡，輻照次數(shù)1-10次的HIPIB輻照WC—Co硬質(zhì)合金。1次輻照表面即發(fā)生明顯的重熔和

2、擇優(yōu)燒蝕現(xiàn)象，并導致包括含Co化合物相Co3W9C4等新相的形成。隨著輻照次數(shù)的增加，反復重熔與燒蝕導致輻照表面形成碳化物硬質(zhì)相球狀和條狀凸起、并逐漸聯(lián)結(jié)成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，表面粗糙度(Ra)連續(xù)增大——由原始的0.29μm顯著增至10次輻照的1.72μm，表現(xiàn)為50-100μm較大區(qū)域起伏的粗糙化和微區(qū)光滑化及致密化的形貌特征。輻照表面的硬度連續(xù)增加，由原始的17.4 GPa增至10次輻照后的20.2 GPa，增加了約15％。HIPIB輻照

3、改性作用導致了WC—Co硬質(zhì)合金表面形成連續(xù)、Co元素均勻分布的硬質(zhì)新相重熔層，并顯著改變其表面形態(tài)、形成了硬質(zhì)相的網(wǎng)絡(luò)狀凸凹三維結(jié)構(gòu)。 采用載荷40 kg、滑動速度0.42m/s的環(huán)塊式滑動摩擦磨損實驗方法，測試了HIPIB輻照改性WC—Co硬質(zhì)合金的磨擦學性能。隨著輻照次數(shù)的增加，改性硬質(zhì)合金的摩擦系數(shù)略有減小，由原始的1.0降低到10次輻照條件下的0.8；磨痕寬度和深度則明顯變小，由原始的2.05mm和29.0μm減小到1

4、0次輻照條件的最小值1.64mm和16.7μm；磨損率則相應地從5.77×10-7 mm3/N·m降至1.92×10-7 mm3/N·m，降低了約65％。HIPIIB輻照改性WC—Co硬質(zhì)合金發(fā)生了顯著的重熔和燒蝕，導致硬質(zhì)合金Co粘結(jié)相與WC反應生成了Co3W9C4等新相組成的連續(xù)重熔頂層，同時產(chǎn)生了及遠大于熔區(qū)的深層沖擊硬化現(xiàn)象，不僅顯著提高硬質(zhì)合金的表層硬度，而且增強了WC顆粒與Co粘結(jié)相結(jié)合強度，是造成耐磨性大幅度提高的主要原因