多壁碳纳米管增强WC-10Co硬质合金性能的研究

发布时间：2017-11-03 19:32

本文关键词：多壁碳纳米管增强WC-10Co硬质合金性能的研究

【摘要】：随着现代工业的不断发展和进步,工业产品不断的升级,各领域的工业产品对材料性能的要求越来越高,各种优质的、高性能的材料被研发出来并得到广泛应用,然而同时伴随着的是材料的加工难度变得越来越大,对加工工具性能的要求也越来越高。硬质合金作为工业的牙齿,在工业生产和加工的众多领域起着非常重要的作用,尤其在现代工业技术快速发展的形势下,硬质合金在刀具、模具、切削工具和耐磨零部件等领域的应用显得尤为重要。但是传统硬质合金硬度和韧性相互矛盾而不能兼顾的特性,使其应用受到很大的限制。因此本文选用多壁碳纳米管为硬质合金增强相,通过真空烧结工艺,制备出具有优异力学性能的硬质合金产品。研究了真空2800℃高温下石墨化处理对碳纳米管的影响,同时对石墨化前、后的多壁碳纳米管在无水乙醇中的分散性进行了研究,通过超声振荡和高速剪切相互配合的分散工艺,探究在添加不同比例的碳纳米管醇分散剂TNADIS的情况下,碳纳米管的分散情况。分析了石墨化和不同分散剂含量的情况下对碳纳米管分散性的影响。研究了MWCNTs和金属W粉混合后真空1400℃下的反应,研究反应前后混合料的XRD图谱和SEM及TEM图片,得出了在此条件下MWCNTs和金属W粉之间的反应机理。研究了通过物理掺杂的方式将MWCNTs在混料阶段加入到硬质合金混合料中,应用真空烧结工艺制备掺有MWCNTs的硬质合金产品。研究不同MWCNTs掺杂比例下,MWCNTs在硬质合金中的分散情况,以及在各个MWCNTs比例下硬质合金所显示出的性能。研究结果表明:(1)高温石墨化处理的碳纳米管的纯度大幅提高,碳纳米管上的碳原子呈晶态排列,降低了碳纳米管管壁上的缺陷,改善碳纳米管的晶态结构,碳纳米管的结晶度达到89.6%。G-MWCNTs分散效果不如R-MWCNTs,分散剂添加到0.05wt.%时MWCNTs分散的最优,之后分散效果变差。(2)经过在真空炉中1400℃高温处理后,MWCNTs的C-C键在反应中断裂,MWCNTs发生分解,碳原子扩散进入金属钨基体中形成间充型碳化物WC和W2C。碳纳米管的团聚会使团聚体内部的MWCNTs不能参与碳化反应,但是极其细小的金属钨粉在球磨混料过程中进入到碳纳米管团聚体内,并在碳化后依然吸附在MWCNTs表面。(3)在通过物理掺杂方式制备MWCNTs增强的硬质合金阶段,一维纳米尺度的MWCNTs与WC-10Co硬质合金粉料混合烧结后,分布于WC晶粒之间,抑制WC晶粒长大,使晶粒细化,同时协同纤维拔出、纤维桥接以及引导裂纹弯曲、偏转等机制增强硬质合金的强度。经过对硬质合金性能检测得出,掺杂0.3%MWCNTs质量分数的硬质合金的矫顽磁力最大达17050A/m,比未添加MWCNTs的硬质合金高出3.6%;且横向断裂强度也达到了最大值1875MPa,比未添加MWCNTs的WC-10Co硬质合金高出7.6%;硬质合金的硬度的变化比较平稳,在添加0.1%到0.3%时硬度只有轻微的下降,在添加0.7%的MWCNTs时相对于添加MWCNTs的硬质合金硬度下降了1.8%,但是冲击韧性增高显著,在MWCNTs掺杂量为0.3%时冲击韧性达到最大为7.19J/cm2,相较于未添加MWCNTs的硬质合金,冲击韧性提高了13.05%。本研究所制备的MWCNTs分散液具有很好的分散性,通过掺杂法制得的硬质合金的性能得到改善,所制备的硬质合金表现出良好的综合性能。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG135.5

【参考文献】

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