WC/MgO/CeO 2 复合材料的组织结构与力学性能研究
发布时间：2021-12-02 02:53
在真空热压烧结制备硬质合金WC/MgO的基础上,添加适量稀土添加剂CeO2,并改变烧结参数,获得WC/MgO/CeO2复合材料,对其物相组成、显微组织的致密化过程、力学性能进行研究。结果表明:随着烧结温度的升高,晶粒不断长大,1 650℃下WC平均晶粒尺寸为1.674μm,晶粒边缘圆润,致密度96.979%,维氏硬度16.251 GPa、断裂韧性10.326 MPa·m1/2。当温度升至1 720℃时,部分WC晶粒异常长大,边缘多含棱角,致密度仍在增加但变化不大,而力学性能显著下降。根据在不同烧结温度下保温不同时长统计的WC平均晶粒尺寸数据,计算出WC/MgO/CeO2复合材料在热压烧结保温过程中晶粒生长所需的摩尔激活能为459.13 kJ/mol,相较于WC/MgO复合材料,晶粒生长激活能有提高的趋势,这归因于CeO2降低了WC晶粒表面能或晶粒间的界面能。
【文章来源】：稀有金属与硬质合金. 2020,48(05)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
复合粉末与烧结块体的XRD图谱
WC/MgO/CeO2和WC/MgO复合材料的WC平均晶粒尺寸均随烧结温度的升高而增大,WC/MgO/CeO2的晶粒尺寸从1 600 ℃的1.124 μm生长至1 650 ℃的1.674 μm,再到1 700 ℃的2.278 μm,介于细晶粒和中等晶粒尺寸之间。同时,WC/MgO/CeO2的平均晶粒尺寸均小于相同烧结温度下制备的WC/MgO。说明在高温下,CeO2也具有抑制晶粒生长的作用。WC/MgO/CeO2试样的致密度随烧结温度的升高先快速后缓慢增大。1 580 ℃的致密度仅有94.684%;随着烧结温度升至1 600 ℃,致密度快速增加到96.183%;1 650 ℃时缓慢增至96.979%,仅增加了0.796%;当烧结温度继续上升至1 720 ℃时,致密度增长趋势平缓,仅达97.601%。另外,WC/MgO试样在1 600 ℃和1 650 ℃时的致密度均高于WC/MgO/CeO2试样,而在升至1 700 ℃时,两者的致密度相差无几,此时可视作接近完全致密,在样品中留下的是一些难以排出的闭气孔。
由图4中EDS元素分析可知,显微组织图中灰色部分为WC,黑色部分为MgO。图3微观组织图中的晶粒尺寸变化趋势与图2中的曲线变化相一致。随着烧结温度的提高,灰色WC晶粒逐渐长大,烧结温度从1 580 ℃升至1 650 ℃,WC晶粒的生长细致均匀,晶粒边缘变得圆润,与周围第二相MgO晶粒之间的结合情况较好。这可能与稀土能阻止WC间聚晶长大、富集球磨或粉末储存时残留的杂质氧元素、净化界面等原因有关[14]。黑色MgO晶粒在组织中的分布也较为均匀,因此,WC/MgO/CeO2试样在1 650 ℃时的致密化程度高。烧结温度从1 650 ℃变化到1 720 ℃时,WC晶粒尺寸进一步增大,晶粒边缘多含棱角;黑色MgO晶粒在WC/WC晶界处积聚粗化,如图3(c)中的Ⅰ、Ⅱ处。根据奥氏成熟过程[15]推测,此温度下的WC/WC晶粒之间率先接触后传质长大,大尺寸WC晶粒吞并小尺寸WC的同时,推挤部分MgO相至晶界处积聚并长大。另外,较高的烧结温度致使WC主晶界迁移的驱动力大于第二相MgO钉扎在晶界处造成的阻力,故WC主晶界会克服阻力继续移动,造成WC晶粒粗化,直至将原本位于WC/WC晶界位置的MgO相包裹到晶内,从而形成“内晶型”WC组织。故1 720 ℃样品的组织较粗大,但致密度提高很小。图4 1 650 ℃下WC/MgO/CeO2复合材料的SEM图像和EDS面扫描能谱
本文编号：3527581
【文章来源】：稀有金属与硬质合金. 2020,48(05)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
复合粉末与烧结块体的XRD图谱
WC/MgO/CeO2和WC/MgO复合材料的WC平均晶粒尺寸均随烧结温度的升高而增大,WC/MgO/CeO2的晶粒尺寸从1 600 ℃的1.124 μm生长至1 650 ℃的1.674 μm,再到1 700 ℃的2.278 μm,介于细晶粒和中等晶粒尺寸之间。同时,WC/MgO/CeO2的平均晶粒尺寸均小于相同烧结温度下制备的WC/MgO。说明在高温下,CeO2也具有抑制晶粒生长的作用。WC/MgO/CeO2试样的致密度随烧结温度的升高先快速后缓慢增大。1 580 ℃的致密度仅有94.684%;随着烧结温度升至1 600 ℃,致密度快速增加到96.183%;1 650 ℃时缓慢增至96.979%,仅增加了0.796%;当烧结温度继续上升至1 720 ℃时,致密度增长趋势平缓,仅达97.601%。另外,WC/MgO试样在1 600 ℃和1 650 ℃时的致密度均高于WC/MgO/CeO2试样,而在升至1 700 ℃时,两者的致密度相差无几,此时可视作接近完全致密,在样品中留下的是一些难以排出的闭气孔。
由图4中EDS元素分析可知,显微组织图中灰色部分为WC,黑色部分为MgO。图3微观组织图中的晶粒尺寸变化趋势与图2中的曲线变化相一致。随着烧结温度的提高,灰色WC晶粒逐渐长大,烧结温度从1 580 ℃升至1 650 ℃,WC晶粒的生长细致均匀,晶粒边缘变得圆润,与周围第二相MgO晶粒之间的结合情况较好。这可能与稀土能阻止WC间聚晶长大、富集球磨或粉末储存时残留的杂质氧元素、净化界面等原因有关[14]。黑色MgO晶粒在组织中的分布也较为均匀,因此,WC/MgO/CeO2试样在1 650 ℃时的致密化程度高。烧结温度从1 650 ℃变化到1 720 ℃时,WC晶粒尺寸进一步增大,晶粒边缘多含棱角;黑色MgO晶粒在WC/WC晶界处积聚粗化,如图3(c)中的Ⅰ、Ⅱ处。根据奥氏成熟过程[15]推测,此温度下的WC/WC晶粒之间率先接触后传质长大,大尺寸WC晶粒吞并小尺寸WC的同时,推挤部分MgO相至晶界处积聚并长大。另外,较高的烧结温度致使WC主晶界迁移的驱动力大于第二相MgO钉扎在晶界处造成的阻力,故WC主晶界会克服阻力继续移动,造成WC晶粒粗化,直至将原本位于WC/WC晶界位置的MgO相包裹到晶内,从而形成“内晶型”WC组织。故1 720 ℃样品的组织较粗大,但致密度提高很小。图4 1 650 ℃下WC/MgO/CeO2复合材料的SEM图像和EDS面扫描能谱
本文编号：3527581
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