放电等离子原位合成超细WC-Co硬质合金的研究

摘要

随着对硬质合金硬度和强度要求的不断提高，超细乃至纳米硬质合金成为目前国内外硬质合金研究的热点。目前国内外对超细硬质合金的研究主要集中在粉末的制备与烧结两个方面。本研究旨在利用放电等离子烧结(SPS)技术，研究开发了一种低温、快速、短流程、低能耗的氧化物直接碳化原位合成超细WC-Co硬质合金的新工艺。 首次采用SPS烧结技术，通过氧化物直接碳化原位合成制备了超细晶WC-Co硬质合金材料。研究了原料、合成工艺、配碳量和晶粒长大抑制剂对合金物相、显微组织及性能的影响，分析了原位合成WC-Co硬质合金的反应过程。研究表明，以微米级(蓝钨+Co3O4+碳粉)为原料，配碳量为14.2～14.4wt％时；以纳米(WO3+Co3O4+C管)为原料，配碳量为15.1wt％时，合金物相为纯WC和Co。当配碳量不足时，块体中会出现Co3w9C4或Co3W3C缺碳相，配碳量过高时，出现非化合碳。SPS原位合成过程中，先期在反应阶段，WO3和Co3O4通过多步反应被还原碳化WC和Co；随后在致密化阶段以较低的烧结温度合成致密的WC-Co硬质合金。 研究发现采用微米(WO2.9+Co3O4+C)为原料，在配碳量合适时，按照先以快速升温至980℃左右，保温15min，待真空回复，充分排出气体后，继续以40℃/min的速度升温，并同时加压至60MPa，升温至1250℃，保温3min的SPS烧结工艺，便可以合成得到致密的超细WC-Co硬质合金，晶粒度达到0.3～0.5μm。 采用纳米原料更容易合成晶粒细小、组织均匀的合金；通过适当的放气温度可以控制原位反应速度；在一定的范围内，合金的晶粒度随烧结温度的降低而减小，而烧结温度过低时，烧结体将出现疏松；保温时间的缩短，可在一定程度上使合金晶粒尺寸减小、粒径分布更均匀，但使合金断裂韧性下降；添加晶粒长大抑制剂，有效的细化了合金晶粒，同时大幅度的提高了合金的硬度，但使断裂韧性下降。 通过上述研究，进一步优化了合成工艺，制备得到了晶粒度达到0.2～0.3μm，硬度HRA94.6的致密硬质合金，而断裂韧性略显不足。 综上所述，通过氧化物直接碳化，SPS原位合成可以制备得到高性能、超细硬质合金。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第1章绪论

第2章实验技术路线与方法

第3章 WC-Co原位合成工艺与配碳量的研究

第4章 WC-Co的SPS原位合成过程研究

第5章合金组织与性能研究

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢