两步法制备纳米晶梯度硬质合金的微观结构与性能研究

摘要

随着难加工材料在工业中的应用越来越多，对切削工具性能的要求也越来越高。目前常用的硬质合金刀具材料耐磨性和强度难以满足难加工材料的要求，为了进一步提高硬质合金的耐磨性、强度，延长使用寿命，现在主要通过CVD或PVD等方法在硬质合金表面沉积一层具有高硬度、高耐磨性的涂层。但由于基体和涂层的热膨胀系数不同，在制备和使用过程中涂层易产生微裂纹，这些微裂纹在使用过程中会向基体中扩展造成刀具材料的失效，降低了涂层刀具的使用寿命。表面富粘结相梯度硬质合金由于表面有一层富粘结相韧性层，能够有效的防止裂纹向基体中扩展，主要被用来作为涂层刀具基体。为了提高硬质合金的强度，细化晶粒是一种非常有效的途径，目前人们已经通过细化WC晶粒，制备出了超细晶梯度硬质合金，并表现出了良好的性能。为了进一步提高硬质合金涂层刀具的性能，本文制备了纳米晶梯度硬质合金，以进一步提高涂层刀具用梯度硬质合金基体的性能。 本文首先通过高能球磨获得纳米级的混合粉末，然后采用两步法烧结来制备纳米晶梯度硬质合金。预烧结分别采用了1300℃、1350℃热压预烧结和1100℃、1150℃、1200℃SPS预烧结，研究了烧结温度、Co含量和Ti(C，N)含量对预烧结后组织及性能的影响。然后进行1400℃梯度烧结工艺来制备纳米晶梯度硬质合金。并且讨论了不同预烧结工艺及不同Ti(C,N)含量对梯度结构硬质合金的梯度层厚度、晶粒尺寸和性能的影响。结果表明: (1)通过高能球磨，能够得到粒度在120nm左右的混合粉料。高能球磨粉料通过1300℃热压烧结得到WC平均晶粒尺寸在200-220nm左右的纳米晶硬质合金，通过SPS烧结能够得到WC平均晶粒尺寸在150-180nm的纳米晶硬质合金。 (2)成分10Co2Ti、10Co3Ti和10Co4Ti经过1300℃热压预烧结+梯度烧结能够产生厚度大约为8-10μm的梯度层，并且WC平均晶粒尺寸在280-300nm之间。 (3)成分10Co4Ti经过1100℃和1150℃SPS预烧结+梯度烧结能够产生梯度结构，并且采用1100℃SPS预烧结+梯度烧结工艺制备的合金梯度层厚度为36μm，WC平均晶粒尺寸为255nm。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1硬质合金概述

1．1．1硬质合金的发展历程

1．1．2硬质合金的分类

1．1．3中国硬质合金的发展现状

1．2硬质合金的应用及发展趋势

1．2．1硬质合金的应用

1．2．2硬质合金的发展趋势

1．3功能梯度结构硬质合金

1．3．1梯度硬质合金的分类

1．3．3表面富粘结相梯度结构硬质合金的制备方法

1．3．4两步法制备表面富粘结相梯度结构硬质合金的机理

1．4纳米晶硬质合金

1．4．1纳米晶硬质合金概述

1．4．2纳米晶WC-Co硬质合金的制备

1．5本研究的目的、内容和意义

第2章实验方法

2．1实验原料

2．2实验工艺

2．3检测分析

2．3．1微结构分析

2．3．2性能检测

第3章预烧结纳米晶硬质合金组织与性能

3．1引言

3．2纳米级粉末的制备

3．3热压预烧结制备纳米晶硬质合金

3．3．1热压预烧结温度的选择

3．3．3 Co含量的选择

3．3．3 Ti(C，N)含量对纳米晶硬质合金组织和性能的影响

3．4 SPS预烧结制备纳米晶硬质合金

3．4．1不同温度SPS烧结后组织和性能分析

3．4．2 Ti(C，N)含量对纳米晶硬质合金组织和性能的影响

3．5小结

第4章梯度烧结纳米晶梯度硬质合金组织性能

4．1梯度烧结对热压预烧结合金组织和性能影响

4．2梯度烧结对SPS预烧结合金组织和性能影响

4．3热压预烧结／SPS预烧结+梯度烧结制备纳米晶梯度硬质合金的对比

4．4小结

5．1结论

5．2展望

参考文献

致谢

个人简历