微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金的結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、高硬度、高韌性的超細(xì)WC-Co硬質(zhì)合金是現(xiàn)代制造業(yè)重要的加工刀具和模具材料。目前納米WC-Co硬質(zhì)合金粉體的制備方法已經(jīng)比較成熟，但是納米粉在燒結(jié)過(guò)程中極易發(fā)生晶粒長(zhǎng)大，如何在燒結(jié)過(guò)程中有效地抑制品粒長(zhǎng)大，成為制備超細(xì)WC-Co硬質(zhì)合金的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。微波燒結(jié)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型燒結(jié)技術(shù)，與常規(guī)燒結(jié)相比具有許多優(yōu)點(diǎn)，如燒結(jié)溫度低、加熱速度快、體積性加熱等，因而可以獲得組織更加均勻和細(xì)小的細(xì)晶粒陶瓷。 本論文首先采用正交試驗(yàn)

2、法優(yōu)化了高能球磨制備納米WC-10Co復(fù)合粉末的工藝參數(shù)，然后詳細(xì)研究了WC-Co復(fù)合粉末的微波燒結(jié)工藝、VC/Cr3C2含量對(duì)WC-10Co硬質(zhì)合金微波燒結(jié)性能的影響、Co含量對(duì)WC-Co硬質(zhì)合金微波燒結(jié)性能的影響、WC-10Co硬質(zhì)合金的化學(xué)活化燒結(jié)、微波電磁場(chǎng)中的微波電場(chǎng)、磁場(chǎng)及混合場(chǎng)分別與WC-10Co硬質(zhì)合金相互作用，最后分析了無(wú)機(jī)材料的微波合成機(jī)制。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在影響球磨效率的各個(gè)因素中，球磨時(shí)間是影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的

3、關(guān)鍵因素，其次是球料比和乙醇用量，而磨球直徑只是次要因素。之后通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)及SEM形貌觀察結(jié)果選取了優(yōu)化的球磨工藝。 對(duì)WC-10Co硬質(zhì)合金的微波燒結(jié)工藝的研究發(fā)現(xiàn)，微波燒結(jié)溫度和微波脫蠟時(shí)間對(duì)合金性能的影響非常顯著，而保溫時(shí)間和升溫速率對(duì)合金性能的影響則相對(duì)較小。在脫蠟溫度610℃左右，脫蠟時(shí)間20min，燒結(jié)溫度1320℃，保溫時(shí)間15min的工藝條件下得到的WC-10Co硬質(zhì)合金樣品具有良好的綜合性能，合金的晶粒細(xì)小、均

4、勻。合金的物相分析發(fā)現(xiàn)，微波燒結(jié)的合金具有正常組織，僅含WC相和γ相，沒(méi)有其它新相生成。 當(dāng)復(fù)合抑制劑VC/CraC2的加入總量為0.6wt％時(shí)，硬質(zhì)合金合金中WC的晶粒細(xì)小、均勻，抑晶效果最佳，硬質(zhì)合金性能達(dá)到最優(yōu)。WC-Co硬質(zhì)合金具有良好的微波適應(yīng)性，但是Co含量對(duì)WC-Co硬質(zhì)合金的致密化過(guò)程及其微波燒結(jié)溫度會(huì)產(chǎn)生影響。 添加Ni、P元素可以使WC-10Co硬質(zhì)合金在較低的溫度下就出現(xiàn)液相，加快合金的致密化進(jìn)程，

5、有效地降低合金的燒結(jié)溫度。添加0.3wt％紅P的合金可以在1250℃下就完全致密，而同時(shí)添加0.3wt％紅P和0.3wt％Ni的合金只需1200℃。其中配合0.4wt％VC和0.2wt％Cr3C2一起使用可以改善合金性能，但是由于Ni、P元素容易在晶界、相界發(fā)生偏析，損害合金的性能，因此Ni、P元素的添加量不宜過(guò)多。 微波燒結(jié)WC-10Co過(guò)程中，在低溫區(qū)起作用的損耗方式主要是極化豫馳損耗，其中磁損耗占主導(dǎo)地位，而在高溫區(qū)磁損耗

6、對(duì)能量的貢獻(xiàn)很微弱，合金對(duì)微波能的吸收主要是以介電損耗和電導(dǎo)損耗的形式為主。因此，合金可以在純電場(chǎng)以及有磁場(chǎng)和電場(chǎng)同時(shí)作用的混合場(chǎng)中完成整個(gè)燒結(jié)過(guò)程，但是混合場(chǎng)下燒結(jié)的合金樣品出現(xiàn)了少量脫碳相W2C，在一定程度上會(huì)對(duì)其性能產(chǎn)生不利的影響。 從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)角度簡(jiǎn)述了材料的微波合成機(jī)制，微波場(chǎng)中電場(chǎng)具有取向效應(yīng)，可以增強(qiáng)粒子的擴(kuò)散速率，提高材料的升溫速率。對(duì)于不同的材料，如陶瓷材料和金屬粉末冶金材料，其微波燒結(jié)機(jī)制是不同的，具有各