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利用纳米晶W、Co、C过渡相粉末制备硬质合金的研究

李炯义  
【摘要】:纳米晶硬质合金具有高强度和高硬度等一系列优异的力学性能,可广泛应用于航天、信息、模具、切削刀具等领域。然而,纳米硬质合金粉末烧结过程中WC晶粒的快速长大行为使得难于获得真正意义上的纳米晶硬质合金块体材料。 为此,本研究探索了以高能球磨法制备的纳米晶W、Co、C过渡相粉末为原料来制备超细晶/纳米晶硬质合金的新工艺。利用X-ray,SEM等分析测试技术对该过渡相粉末固相烧结时的相转变特征、WC晶粒长大特性、WC晶粒长大的抑制、碳含量的控制及性能等进行了研究。 结果表明纳米晶W、Co、C过渡相粉末在烧结过程中转化为W_2C,Co_6w_6C,Co_3W_3C过渡相。烧结温度升高或烧结时间延长,有助于该过渡相将转化为WC和Co。1375℃烧结30min,可获得密度为14.46g/cm~3,收缩率为27.2%的致密YG10硬质合金。 改性纳米ZrO_2粉体可有效细化WC晶粒,促进烧结致密化,并显著提高硬质合金的硬度,是一种有效的WC晶粒长大抑制剂。而利用外加0.3-0.42wt%的碳黑可有效弥补烧结时合金碳含量的损失,获得碳含量位于5.37-5.53wt%间,相组成为WC和β-Co,强度、硬度分别为2763MPa和91.1HRA的硬质合金。烧结合金中WC晶粒为长棒状结构,1375℃烧结30min时其径向尺寸约为100nm左右,长度约为1.2μm。 利用纳米晶W、Co、C过渡相粉末为原料有望获得原位生成的长棒状WC晶粒增强的硬质合金,是一种可行的制备高性能硬质合金的新工艺。


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