多壁碳納米管增強WC-10Co硬質合金性能的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展和進步，工業(yè)產(chǎn)品不斷的升級，各領域的工業(yè)產(chǎn)品對材料性能的要求越來越高，各種優(yōu)質的、高性能的材料被研發(fā)出來并得到廣泛應用，然而同時伴隨著的是材料的加工難度變得越來越大，對加工工具性能的要求也越來越高。硬質合金作為工業(yè)的牙齒，在工業(yè)生產(chǎn)和加工的眾多領域起著非常重要的作用，尤其在現(xiàn)代工業(yè)技術快速發(fā)展的形勢下，硬質合金在刀具、模具、切削工具和耐磨零部件等領域的應用顯得尤為重要。但是傳統(tǒng)硬質合金硬度和韌性相互矛盾而不能兼顧的

2、特性，使其應用受到很大的限制。
　　因此本文選用多壁碳納米管為硬質合金增強相，通過真空燒結工藝，制備出具有優(yōu)異力學性能的硬質合金產(chǎn)品。
　　研究了真空2800℃高溫下石墨化處理對碳納米管的影響，同時對石墨化前、后的多壁碳納米管在無水乙醇中的分散性進行了研究，通過超聲振蕩和高速剪切相互配合的分散工藝，探究在添加不同比例的碳納米管醇分散劑TNADIS的情況下，碳納米管的分散情況。分析了石墨化和不同分散劑含量的情況下對碳納米管分散

3、性的影響。
　　研究了MWCNTs和金屬W粉混合后真空1400℃下的反應，研究反應前后混合料的XRD圖譜和SEM及TEM圖片，得出了在此條件下MWCNTs和金屬W粉之間的反應機理。
　　研究了通過物理摻雜的方式將MWCNTs在混料階段加入到硬質合金混合料中，應用真空燒結工藝制備摻有MWCNTs的硬質合金產(chǎn)品。研究不同MWCNTs摻雜比例下，MWCNTs在硬質合金中的分散情況，以及在各個MWCNTs比例下硬質合金所顯示出的性能

4、。
　　研究結果表明：
　?。?）高溫石墨化處理的碳納米管的純度大幅提高，碳納米管上的碳原子呈晶態(tài)排列，降低了碳納米管管壁上的缺陷，改善碳納米管的晶態(tài)結構，碳納米管的結晶度達到89.6％。G-MWCNTs分散效果不如R-MWCNTs，分散劑添加到0.05wt.%時MWCNTs分散的最優(yōu)，之后分散效果變差。
　?。?）經(jīng)過在真空爐中1400℃高溫處理后，MWCNTs的C-C鍵在反應中斷裂，MWCNTs發(fā)生分解，碳原子擴散

5、進入金屬鎢基體中形成間充型碳化物WC和W2C。碳納米管的團聚會使團聚體內(nèi)部的MWCNTs不能參與碳化反應，但是極其細小的金屬鎢粉在球磨混料過程中進入到碳納米管團聚體內(nèi)，并在碳化后依然吸附在MWCNTs表面。
　?。?）在通過物理摻雜方式制備MWCNTs增強的硬質合金階段，一維納米尺度的MWCNTs與WC-10Co硬質合金粉料混合燒結后，分布于WC晶粒之間，抑制WC晶粒長大，使晶粒細化，同時協(xié)同纖維拔出、纖維橋接以及引導裂紋彎曲、偏

6、轉等機制增強硬質合金的強度。經(jīng)過對硬質合金性能檢測得出，摻雜0.3%MWCNTs質量分數(shù)的硬質合金的矯頑磁力最大達17050A/m，比未添加MWCNTs的硬質合金高出3.6%；且橫向斷裂強度也達到了最大值1875MPa，比未添加MWCNTs的WC-10Co硬質合金高出7.6%；硬質合金的硬度的變化比較平穩(wěn)，在添加0.1%到0.3%時硬度只有輕微的下降，在添加0.7%的MWCNTs時相對于添加MWCNTs的硬質合金硬度下降了1.8%，但是