微波加热金刚石表面镀钛及金刚石—硬质合金复合材料烧结研究

发布时间：2017-06-10 17:17

  本文关键词：微波加热金刚石表面镀钛及金刚石—硬质合金复合材料烧结研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：金刚石-硬质合金复合材料结合了金刚石的高硬度、高耐磨性及硬质合金的高耐热性和高韧性,被广泛用于钻探、切削、磨削等领域。当前,随着国民经济的发展,对金刚石超硬复合材料的需求不断增加,特别是中高端产品目前基本依赖进口,因此,开展金刚石-硬质合金复合材料制备工艺的研究具有重要的现实意义。此外,金刚石与金属基体具有很高的界面能,其与基体间界面结合性能较差,而在金刚石表面镀覆强碳化物形成金属元素能提高金刚石与基体间的结合能力。微波能应用作为一种新的能源利用方式,具有清洁、高效、节能和环保等优势,被广泛应用于材料制备领域,特别是在粉末冶金材料制备中具有广阔的应用空间。因此,本文结合微波加热技术的优势,提出了采用微波加热辅助金刚石表面镀钛及烧结金刚石-硬质合金复合材料新技术,并开展了以下几个方面的具体研究：(1)系统开展了微波加热金刚石表面镀钛工艺研究,对镀钛金刚石的表面形貌、镀层结构、镀层厚度以及镀层与金刚石界面结合性能等进行了分析和研究,结果表明,通过微波加热金刚石表面镀钛,金刚石表面可获得均匀、致密的钛镀层,镀层中生成TiC相,镀层与金刚石表面实现了化学键合。随着镀覆温度的升高,镀层厚度逐渐增大,而镀层与金刚石的界面结合性能呈先增大后减小趋势。当镀覆温度为760℃,金刚石与氢化钛的质量配比为1：0.6时,金刚石表面镀覆效果较好；镀钛金刚石热稳定性得到提升。(2)进行了微波加热和常规加热烧结金刚石-硬质合金复合材料的对比研究,结果表明,采用微波烧结制备金刚石-硬质合金复合材料可缩短烧结时间,提高烧结效率,而且相比于常规烧结样品,微波烧结样品微观组织较均匀,烧结较充分,金刚石颗粒烧损较轻,金刚石颗粒与基体的结合性能更好;当基体成分WC、Co、Ni、Cu的质量分数分别为70%、10%、5%、15%,添加25%体积分数的金刚石时,在1000℃烧结1h条件下,微波烧结样品的硬度为75.33 HRA,相对密度为95.85%,高于常规烧结样品的硬度(69.58 HRA)和相对密度(87.28%)。(3)开展了微波热压烧结金刚石-硬质合金复合材料的新工艺研究,并对烧结温度、保温时间、烧结压力等主要因素对复合材料组织和性能的影响规律进行了研究,结果表明,微波热压烧结条件下金刚石颗粒均匀的分布在硬质合金基体中,且金刚石颗粒与基体间结合较为紧密,相比于未镀钛金刚石,镀钛金刚石与基体结合性能较好,耐热烧损能力更强。金刚石-硬质合金复合材料的密度和硬度随着烧结温度、保温时间、烧结压力的升高而逐渐增大,最终趋于平缓；抗弯强度随着烧结温度的升高及保温时间的延长呈先增大后减小趋势,随着烧结压力的增加呈逐渐增大趋势。综合分析,较优的烧结工艺参数是：烧结温度为1050℃,保温时间为4min,烧结压力为40MPa。
【关键词】：金刚石 硬质合金 微波加热 镀钛 微波热压烧结
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB306;TB33
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-32
• 1.1 引言12-13
• 1.2 金刚石-硬质合金复合材料制备方法13-20
• 1.2.1 聚晶金刚石复合体(PDC)制备13-14
• 1.2.2 电镀法14-15
• 1.2.3 化学镀法15-16
• 1.2.4 钎焊法16-17
• 1.2.5 金刚石涂层硬质合金工具制备17-18
• 1.2.6 烧结法18-20
• 1.3 金刚石-硬质合金复合材料新型制备技术20-23
• 1.3.1 金刚石均布技术20-21
• 1.3.2 碳纳米管增强金刚石-硬质合金复合材料21-22
• 1.3.3 新型梯度结构金刚石-硬质合金复合柱齿22-23
• 1.4 金刚石表面金属化23-26
• 1.4.1 金刚石表面金属化的方法23-26
• 1.4.2 金刚石表面金属化工艺比较26
• 1.5 微波加热26-31
• 1.5.1 微波加热的原理26-28
• 1.5.2 微波加热的特点28-29
• 1.5.3 微波加热在硬质合金烧结方面的应用29-30
• 1.5.4 微波加热在金刚石复合材料烧结方面的应用30-31
• 1.6 本文研究的目的及主要内容31-32
• 第二章 实验与研究方法32-40
• 2.1 工艺流程32-35
• 2.1.1 微波加热法制备镀钛金刚石32-33
• 2.1.2 常压烧结金刚石-硬质合金复合材料33
• 2.1.3 微波热压烧结金刚石-硬质合金复合材料33-35
• 2.2 实验原料及设备35-37
• 2.2.1 实验原料35
• 2.2.2 实验设备35-37
• 2.3 检测分析方法37-40
• 2.3.1 镀钛金刚石性能表征37-38
• 2.3.2 烧结复合材料性能测试38-40
• 第三章 金刚石表面微波加热镀钛研究40-56
• 3.1 镀钛金刚石形貌40-43
• 3.1.1 镀钛金刚石外观形貌40-41
• 3.1.2 镀钛金刚石微观形貌41-43
• 3.2 物相成分与界面结构分析43-45
• 3.2.1 物相分析43-44
• 3.2.2 表面元素分析44-45
• 3.2.3 镀层结构分析45
• 3.3 镀钛反应的热力学分析45-46
• 3.4 TiC形貌观察46-47
• 3.5 镀覆条件对微波加热镀钛的影响47-54
• 3.5.1 镀覆温度对镀钛金刚石微观形貌的影响47
• 3.5.2 镀覆温度对镀层物相的影响47-50
• 3.5.3 镀覆温度对镀层厚度的影响50
• 3.5.4 镀覆温度对镀层结合能力的影响50-53
• 3.5.5 配比对镀钛金刚石微观形貌的影响53-54
• 3.6 镀钛金刚石耐热性能研究54-55
• 3.7 本章小结55-56
• 第四章 常压烧结金刚石-硬质合金复合材料研究56-62
• 4.1 升温工艺分析56
• 4.2 复合材料致密度分析56-57
• 4.3 复合材料硬度分析57-58
• 4.4 复合材料微观形貌分析58-59
• 4.5 复合材料能谱分析59-60
• 4.6 本章小结60-62
• 第五章 微波热压烧结金刚石-硬质合金复合材料研究62-72
• 5.1 微波热压烧结复合材料微观形貌观察62-65
• 5.2 微波热压烧结复合材料元素分布65
• 5.3 烧结温度对复合材料性能的影响65-67
• 5.4 保温时间对复合材料性能的影响67-69
• 5.5 烧结压力对复合材料性能的影响69-70
• 5.6 本章小结70-72
• 第六章 结论72-74
• 致谢74-76
• 参考文献76-84
• 附录84

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