水基亚细晶WC-Co硬质合金的烧结机理与工艺研究

摘要

由于亚细晶和超细晶硬质合金通过降低WC晶粒尺寸和Co的百分比含量，可以得到高硬度和高韧性的硬质合金产品，越来越有工业实用性，具备了价格竞争力。目前，硬质合金的生产工艺主要以有机溶剂作为湿磨介质来制备压制前的混合粉体，而有机溶剂易燃易爆，易挥发，会造成环境污染且存在安全隐患。而水取代有机溶剂作为湿磨介质生产硬质合金混合料，可以降低防爆和高压设备的成本，减少有机溶剂对环境的污染，排除生产中的安全隐患。本论文通过对原料粉末的XPS分析和热力学分析，初步确定了水基亚细晶硬质合金的低压烧结工艺曲线。通过低压烧结实验，研究了水基亚细晶硬质合金碳含量对合金性能的影响，以及碳含量、烧结温度、晶粒抑制剂与合金致密化的关系。主要研究如下:
　　1、由于以水为球磨介质，石蜡乳液作为成型剂的亚细晶硬质合金的生产工艺会出现WC-Co混合料的差异。水基体系使用了新的混合成型剂，且WC-Co粉末在水中易于氧化，需要研究成型剂和氧化物的脱除温度。实验结果表明，WC-Co粉在水基湿磨的表面会被氧化，形成CoWO4。相较于酒精石蜡体系的WC-Co粉，水基的成型剂分两段脱除，脱除温度为150～325℃和325～440℃;氧化物的还原和脱除的温度区间在775～970℃，根据实验结果，制定了低压烧结的工艺曲线。
　　2、不同配碳量的实验结果表明，碳含量增高，合金的矫顽磁力、洛氏硬度、密度均呈降低的趋势;合金抗弯强度先是增高，而后呈降低的趋势;相对饱和磁化强度为77.06％的合金综合性能最优，横向断裂强度(TRS)达到4111MPa，硬度达到91.8HRA。确定了水基硬质合金适宜的配碳区间为6.16wt％-6.22wt％。
　　3、出于亚细晶合金原粉粉末的小尺寸效应、界面效应的影响，亚细晶合金达到完全致密所需的烧结温度较普通合金低。致密度与水基亚细晶合金烧结温度的关系需要通过实验重新确定。水基合金在不同碳含量下的密度、相对密度、相对收缩百分比与烧结温度的变化规律表明:合金碳含量越高，压坯达到完全致密的烧结温度越低;VC晶粒抑制剂的加入不利于合金致密化。

目录

声明

摘要

第一章 硬质合金烧结工艺的研究进展

1．1 引言

1．2 硬质合金的烧结

1．2．1 硬质合金的致密化

1．2．2 WC-Co粉在烧结过程中的晶粒长大

1．2．3 碳含量与WC-Co硬质合金相成分关系

1．3 硬质合金的烧结技术

1．3．1 氢气烧结

1．3．2 真空烧结

1．3．3 微波烧结

1．3．4 热等静压烧结

1．3．5 热压烧结

1．3．6 放电等离子体烧结

1．3．7 低压烧结

1．4 亚细晶硬质合金烧结工艺的研究进展及影响因素

1．4．1 烧结温度和时间的影响

1．4．2 晶粒生长抑制剂的影响

1．4．3 碳含量的影响

1．4．4 烧结方法的影响

1．5 论文选题思路及研究内容

参考文献

第二章 实验部分

2．1 实验试剂

2．2 实验仪器

2．2．1 实验设备

2．2．2 表征设备

2．2．3 主要仪器及其工作原理

2．4 实验流程

参考文献

第三章 水基亚细晶WC-Co硬质合金烧结工艺的初步探索

3．1 引言

3．2 实验结果与讨论

3．2．1 WC-Co粉水基湿磨后的XPS分析

3．2．2 热分析结果

3．3 本章小结

参考文献

第四章 碳含量对水基亚细晶硬质合金性能的影响

4．1 引言

4．2 实验部分

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 配碳量区间的探索

4．3．2 碳含量对合金性能的影响

4．4 本章小结

参考文献

第五章 硬质合金的致密化

5．1 引言

5．2 实验过程与结果

5．3 实验结果分析

5．3．1 原料碳含量对硬质合金致密化的影响

5．3．2 晶粒抑制剂对硬质合金致密化的影响

5．3．3 烧结温度与致密化的关系

5．4 本章小结

参考文献

第六章 全文总结与展望

6．1 结论

6．2 存在问题及建设工作

攻读硕士学位期间申请专利

致谢