添加剂对微波烧结超细晶WC-Co硬质合金组织与性能的影响研究
发布时间：2020-12-23 14:25
硬质合金是一种通过粉末冶金手段制备的具有高硬度高耐磨性的粉末冶金材料,被称作工业的牙齿。硬度和强度在传统硬质合金中是一对矛盾体:Co含量增加,合金强度增强的同时降低了合金的硬度和耐磨性;反之亦然。超细晶硬质合金具有很高的综合性能:高硬度、高耐磨性和良好的韧性和强度。控制WC烧结时的晶粒长大对于超细晶硬质合金制备至关重要,微波烧结以其独特的加热方式,在控制晶粒长大方面独具特色。此外,Co储量稀少,价格昂贵,采用Ni部分代替Co可以降低硬质合金生产成本的同时又满足合金韧性的要求。本研究采用微波烧结,制备出超细晶WC-10Co硬质合金,分别通过SEM、XRD、EDS等分析手段确定了硬质合金的物相构成、元素分布和微观组织;测量硬质合金的密度、钴磁、矫顽磁力、硬度、断裂韧性、抗弯强度;实验利用摩擦磨损仪以及三维轮廓仪确定了合金的耐磨性能;利用电化学工作站,分析合金的耐腐蚀性能。从而确定超细晶WC-10Co硬质合金微波烧结工艺参数。研究了统一微波烧结工艺条件下Ni部分取代Co对硬质合金微观组织与性能的影响。最后,实验通过添加稀土Y2O3、Cr3...
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
常规WC粉生产流程
第一章绪论13合金对提升我国来说意义明显。1.4.2研究意义前文提到，WC晶粒达到纳米超细晶粒级别时，硬质合金出现双高性能。然而，超细纳米粉末在烧结过程中，极容易发生WC晶粒长大。微波烧结由于本身烧结机制不一样，可以对硬质合金压坯进行整体性加热、并且微波具有非热效应，可以促进物质扩散，降低烧结活化能，降低烧结温度，促进合金致密度，细化晶粒，有助于制备超细和纳米硬质合金。然而在具体的微波烧结工艺，以及对微波烧结合金产业化研究方面的有关方面报导较少。硬质合金机遇与挑战并存，硬质合金主要的粘结相Co相，因锂电慢慢普及，大大加剧了Co资源的消耗，然后我国却是一个贫钴国，如图1.4全球钴资源储量分布图所示，我国仅占世界钴资源储量的1%，并且我国Co矿品位较低，以难以分离提纯的伴生矿居多，这大大提高了Co开采成本，最终提高钴价，使得硬质合金生产成本提高。因此寻找一种价格适宜的金属取代Co相确是一种不错的选择。Ni相对Co来说，中国储量丰富，价格适中，正如前文提到的，Ni与Co同属铁族，具有与Co相似的性质，所以本试验采用Ni部分取代Co做粘结相，在经济上具有可行性。图1.4全球Co资源储量分布图采用微波烧结可以在烧结方式上一定程度抑制晶粒长大，但是对WC晶粒抑制效果并不完全，往往需要添加一些抑制剂，而最常用的抑制剂是Cr3C2、VC等，并且用量较少就能取得较好的抑制效果，而烧结方式为微波烧结，用Cr3C2作为抑制剂的研究较少，因此本文将Cr3C2作为抑制剂中的一种掺杂。作为工业的维生素，稀土少量添加就可以大大改善硬质合金性能，而稀土掺杂通过微波烧结的研究迄今为止比较少，对其研究意义明显。赣州作为稀土王国，具有丰富的
第二章实验与合金制备15第二章实验与合金制备2.1实验原料本实验主要原料有，WC粉、Co粉、Ni粉、稀土Y2O3、炭黑、Cr3C2、聚乙二醇、无水乙醇等。2.1.1WC粉末材料成分、组织结构决定了物质的性能。为了制备出高性能的超细晶硬质合金，需要合金的微观组织结构均匀，WC晶粒分布均匀，而原始WC粉末的质量直接影响了合金烧结后的组织结构。实验宜采用高质量的WC粉末，本试验WC粉末购至崇义章源钨业股份有限公司，WC平均粒径为0.5μm，图2.1中a和b分别为WC扫描电镜形貌和激光粒度分布图，可以看出WC颗粒分布均匀，不存在团聚现象。由b图可知WC的D50平均粒径为0.54μm,跟产品标定0.5μm相差不大，而且图片峰型较窄，表明WC颗粒分布均匀，其化学成分见表2.1。Averagesize=0.54mmFrequencyCumulative0.00.51.01.52.0024681012141618RelitiveFrequency/%Particlesize/mm020406080100Cumulative（a）WC粉末显微形貌（b）WC激光粒度分布图2.1WC粉末SEM图及其激光粒度分布表2.1WC化学成分WC粉末含量（%）总碳6.08总氧0.37游离碳0.96
【参考文献】：
期刊论文
[1]粉末原料对SPS法制备WC-6Co硬质合金组织性能的影响[J]. 郭圣达,余飞,易健宏,郭建锋,陈颢,王文静,羊建高. 稀有金属与硬质合金. 2019(03)
[2]SiC掺杂WC-10Ni硬质合金的真空烧结及性能[J]. 薛萍,张建军,艾云龙,何文,梁炳亮,陈卫华. 稀有金属材料与工程. 2019(02)
[3]Cr3C2添加量对WC-10Co硬质合金组织与性能的影响[J]. 唐启佳,李重典,王雁洁,张勇. 粉末冶金材料科学与工程. 2018(05)
[4]Co-Ni-Al复合黏结相硬质合金研究进展[J]. 龙坚战,杜勇,陆必志,张卫兵,徐涛,张忠健,易茂中. 航空材料学报. 2018(05)
[5]纳米/超细晶WC-Co类硬质合金的研究进展[J]. 羊求民,羊建高,苏伟,陈丽勇,陈颢,郭圣达. 稀有金属与硬质合金. 2018(01)
[6]纳米WC-6%Co复合粉的放电等离子烧结研究[J]. 刘少存,吴鹏,童森,游天亨,曾广标. 硬质合金. 2017(06)
[7]硬质合金电化学腐蚀行为的影响因素分析[J]. 秦琴,方云龙,李京筱,孙文文,包帅,栾道成,王正云. 稀有金属与硬质合金. 2017(05)
[8]添加Cr3C2对WC-Co硬质合金微观组织和性能的影响[J]. 夏艳萍,余怀民,魏修宇,张卫兵. 硬质合金. 2017(05)
[9]SPS温度对铜/镍粉/304不锈钢接头组织与剪切强度的影响[J]. 汤迁,武世文,赵炜康,夏莉红,张福勤. 航空制造技术. 2017(12)
[10]基于超细晶硬质合金钻头的AFRP钻削性能[J]. 伍俏平,刘平,邓朝晖,赵恒,傅志强. 复合材料学报. 2017(10)
博士论文
[1]超细晶WC-Co复合粉短流程制备及其硬质合金的腐蚀行为[D]. 郭圣达.昆明理工大学 2018
[2]纳米晶WC-Co硬质合金的微结构与性能研究[D]. 高杨.北京工业大学 2014
[3]WC-Co硬质合金的微波烧结制备研究[D]. 鲍瑞.中南大学 2013
硕士论文
[1]稀土、铜添加对WC-10Co硬质合金组织和性能的影响[D]. 文彦.江西理工大学 2019
[2]WC基硬质合金的耐腐蚀性能研究[D]. 朱会.兰州理工大学 2018
[3]WC-6Co-Cu-Cr3C2亚微米级硬质合金的SPS烧结及其组织性能研究[D]. 黄柱.江西理工大学 2017
[4]WC-Co硬质合金的小能多冲与静疲劳性能研究[D]. 刘伟.湖南大学 2016
[5]新型粘结相板状WC晶粒硬质合金的制备[D]. 涂彦坤.南京航空航天大学 2016
[6]烧结方法及后续热处理对TiC基钢结合金组织与性能影响[D]. 轩翠华.湖南大学 2013
[7]低阶煤的微波热解研究[D]. 夏浩.河南理工大学 2012
[8]喷涂用超细晶WC-TiC-TaC-Co硬质合金的研究[D]. 陈巧旺.西南大学 2010
本文编号：2933865
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
常规WC粉生产流程
第一章绪论13合金对提升我国来说意义明显。1.4.2研究意义前文提到，WC晶粒达到纳米超细晶粒级别时，硬质合金出现双高性能。然而，超细纳米粉末在烧结过程中，极容易发生WC晶粒长大。微波烧结由于本身烧结机制不一样，可以对硬质合金压坯进行整体性加热、并且微波具有非热效应，可以促进物质扩散，降低烧结活化能，降低烧结温度，促进合金致密度，细化晶粒，有助于制备超细和纳米硬质合金。然而在具体的微波烧结工艺，以及对微波烧结合金产业化研究方面的有关方面报导较少。硬质合金机遇与挑战并存，硬质合金主要的粘结相Co相，因锂电慢慢普及，大大加剧了Co资源的消耗，然后我国却是一个贫钴国，如图1.4全球钴资源储量分布图所示，我国仅占世界钴资源储量的1%，并且我国Co矿品位较低，以难以分离提纯的伴生矿居多，这大大提高了Co开采成本，最终提高钴价，使得硬质合金生产成本提高。因此寻找一种价格适宜的金属取代Co相确是一种不错的选择。Ni相对Co来说，中国储量丰富，价格适中，正如前文提到的，Ni与Co同属铁族，具有与Co相似的性质，所以本试验采用Ni部分取代Co做粘结相，在经济上具有可行性。图1.4全球Co资源储量分布图采用微波烧结可以在烧结方式上一定程度抑制晶粒长大，但是对WC晶粒抑制效果并不完全，往往需要添加一些抑制剂，而最常用的抑制剂是Cr3C2、VC等，并且用量较少就能取得较好的抑制效果，而烧结方式为微波烧结，用Cr3C2作为抑制剂的研究较少，因此本文将Cr3C2作为抑制剂中的一种掺杂。作为工业的维生素，稀土少量添加就可以大大改善硬质合金性能，而稀土掺杂通过微波烧结的研究迄今为止比较少，对其研究意义明显。赣州作为稀土王国，具有丰富的
第二章实验与合金制备15第二章实验与合金制备2.1实验原料本实验主要原料有，WC粉、Co粉、Ni粉、稀土Y2O3、炭黑、Cr3C2、聚乙二醇、无水乙醇等。2.1.1WC粉末材料成分、组织结构决定了物质的性能。为了制备出高性能的超细晶硬质合金，需要合金的微观组织结构均匀，WC晶粒分布均匀，而原始WC粉末的质量直接影响了合金烧结后的组织结构。实验宜采用高质量的WC粉末，本试验WC粉末购至崇义章源钨业股份有限公司，WC平均粒径为0.5μm，图2.1中a和b分别为WC扫描电镜形貌和激光粒度分布图，可以看出WC颗粒分布均匀，不存在团聚现象。由b图可知WC的D50平均粒径为0.54μm,跟产品标定0.5μm相差不大，而且图片峰型较窄，表明WC颗粒分布均匀，其化学成分见表2.1。Averagesize=0.54mmFrequencyCumulative0.00.51.01.52.0024681012141618RelitiveFrequency/%Particlesize/mm020406080100Cumulative（a）WC粉末显微形貌（b）WC激光粒度分布图2.1WC粉末SEM图及其激光粒度分布表2.1WC化学成分WC粉末含量（%）总碳6.08总氧0.37游离碳0.96
【参考文献】：
期刊论文
[1]粉末原料对SPS法制备WC-6Co硬质合金组织性能的影响[J]. 郭圣达,余飞,易健宏,郭建锋,陈颢,王文静,羊建高. 稀有金属与硬质合金. 2019(03)
[2]SiC掺杂WC-10Ni硬质合金的真空烧结及性能[J]. 薛萍,张建军,艾云龙,何文,梁炳亮,陈卫华. 稀有金属材料与工程. 2019(02)
[3]Cr3C2添加量对WC-10Co硬质合金组织与性能的影响[J]. 唐启佳,李重典,王雁洁,张勇. 粉末冶金材料科学与工程. 2018(05)
[4]Co-Ni-Al复合黏结相硬质合金研究进展[J]. 龙坚战,杜勇,陆必志,张卫兵,徐涛,张忠健,易茂中. 航空材料学报. 2018(05)
[5]纳米/超细晶WC-Co类硬质合金的研究进展[J]. 羊求民,羊建高,苏伟,陈丽勇,陈颢,郭圣达. 稀有金属与硬质合金. 2018(01)
[6]纳米WC-6%Co复合粉的放电等离子烧结研究[J]. 刘少存,吴鹏,童森,游天亨,曾广标. 硬质合金. 2017(06)
[7]硬质合金电化学腐蚀行为的影响因素分析[J]. 秦琴,方云龙,李京筱,孙文文,包帅,栾道成,王正云. 稀有金属与硬质合金. 2017(05)
[8]添加Cr3C2对WC-Co硬质合金微观组织和性能的影响[J]. 夏艳萍,余怀民,魏修宇,张卫兵. 硬质合金. 2017(05)
[9]SPS温度对铜/镍粉/304不锈钢接头组织与剪切强度的影响[J]. 汤迁,武世文,赵炜康,夏莉红,张福勤. 航空制造技术. 2017(12)
[10]基于超细晶硬质合金钻头的AFRP钻削性能[J]. 伍俏平,刘平,邓朝晖,赵恒,傅志强. 复合材料学报. 2017(10)
博士论文
[1]超细晶WC-Co复合粉短流程制备及其硬质合金的腐蚀行为[D]. 郭圣达.昆明理工大学 2018
[2]纳米晶WC-Co硬质合金的微结构与性能研究[D]. 高杨.北京工业大学 2014
[3]WC-Co硬质合金的微波烧结制备研究[D]. 鲍瑞.中南大学 2013
硕士论文
[1]稀土、铜添加对WC-10Co硬质合金组织和性能的影响[D]. 文彦.江西理工大学 2019
[2]WC基硬质合金的耐腐蚀性能研究[D]. 朱会.兰州理工大学 2018
[3]WC-6Co-Cu-Cr3C2亚微米级硬质合金的SPS烧结及其组织性能研究[D]. 黄柱.江西理工大学 2017
[4]WC-Co硬质合金的小能多冲与静疲劳性能研究[D]. 刘伟.湖南大学 2016
[5]新型粘结相板状WC晶粒硬质合金的制备[D]. 涂彦坤.南京航空航天大学 2016
[6]烧结方法及后续热处理对TiC基钢结合金组织与性能影响[D]. 轩翠华.湖南大学 2013
[7]低阶煤的微波热解研究[D]. 夏浩.河南理工大学 2012
[8]喷涂用超细晶WC-TiC-TaC-Co硬质合金的研究[D]. 陈巧旺.西南大学 2010
本文编号：2933865
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