wc基硬质合金材料制备与摩擦磨损性能.研究

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1、浙江理’I：人学硕十学位论文1．1概述第一章绪论1．1．1硬质合金材料的国内外研究现状硬质合会是由难熔会属硬质化合物(硬质相)和粘结金属经粉末冶金方法制成的高硬度材料。难熔金属硬质化合物通常指元素周期表第1V、V、Ⅵ族中过度元素(钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨)的碳化物、氮化物、硼化物和硅化物。硬质合金中广泛使用的是碳化物，主要是碳化钨和碳化钽。这些碳化物的共同特点是：熔点高，硬度高，化学稳定性好，热稳定性好，常温下与粘结会属的相互溶解作用很小等。粘结会属应当符合下列要求：在硬质合金的工作温度(如1000℃)下不会出现液相

2、；能较好的润湿碳化物表面；在烧结温度下不与碳化物发生化学反应；本身的物理力学性能较好等。铁族金属及其合金能不同程度的满足上述要求。其中最好的是钴，其次是镍，铁很少单独使用。1923年，德国人卡尔·史律特为了提高拉丝模质量，将低熔点铁族金属渗入WC坯块中，研制成功了世界上第一件硬质合金样品，从而开创了硬质合余的新纪元。现代烧结硬质合金于1927年由德国克努伯公司首先进行工业生产，以“Widia”合金的名称销售。我国硬质合金工业起源于20世纪40年代初期，大连钢厂建起一个规模很小的硬质合金车间，写下了我国硬质合金生产史的第一笔。自

3、1958年起，随着株洲硬质合金厂、自贡硬质合金厂两大硬质合金厂的建设，到目前全国共有硬质合金厂150多家，年产硬质合金15000t，占世界总产量的39．5％。按照硬质合金中碳化物基体成分可以分为以下三类合金：(1)we-Co(或称钨钴)类合金，这类合金主要由碳化钨和钴组成。这类合会与含钴量相同的其他硬质合金比较，具有最高的抗弯强度、抗压强度、冲击韧度和弹性模量，以及较小的线膨胀系数。按照钴的质量分数，这类合金可分为低钴(3％～8％)、中钴(10％-15％)、高钴(20％一30％)合金三类。(2)wC—TiC—Co(或称钨钴钛)

4、类合金，与wC—Co类合金比较，这类合金具有较高的抗氧化性，在长切屑材料的加工中采用高速浙江理I：人学硕十学位论文切削时有较高的刀具寿命。其缺点是强度较wC—Co合金低。(3)WC-TiC—TaC(NbC)-Co(或称钨钴钛钽(铌))类合金，这类合会主要用于钢材的切削加工，但比WC-TiC-Co合金有更好的高温抗氧化性，同时也有较好的抗热震性。WC基的硬质合金广泛用于抗磨损部件中【11。随着生产发展的需求，近些年来，又出现了很多硬质合金品种。例如：(1)碳化钛基合金，这类合金由碳化钛、金属镍和金属钼或碳化二钼组成。它主要用于钢

5、材的精切削加工，且切削速度在较大范围内变化时，刀具仍具有较高的寿命。(2)钢结硬质合金，这类合金由碳化钨或碳化钛与碳素钢或合会钢组成。(3)超细硬质合会，这类合会的碳化物晶粒平均尺寸在1微米以下，其性能要优于传统的硬质合会【2】。(4)表面涂层硬质合金，这是一种在韧性较好的硬质合金基体上，沉积一层几微米硬度高，耐磨性好的金属化合物(如TiC、TiN、A1：01)的硬质合金。1．1．2硬质合金材料的制备方法美国已经实现了纳米we-Co粉末的工业化生产，生产出的平均晶粒度为0．4uIll的硬质合金。在实验室的烧结试验中曾获得晶粒度

6、为150nm的合金。美国的RTM公司使用Nanocarbide粉末，研制出了晶粒度为O．1～0．2IJm的硬质合金，硬度HV高达2190。利用该合金制成的微型钻头在电路板上钻孑L5000个后其磨损量仅为相同成分传统合金的1／3。Sandvick公司在1997年就开发了纳米硬质合金，晶粒度为O．2pill的wC合金微型钻头。据称该公司是世界上唯一能制造和销售这种高性能硬质合金的厂家【3】。我国的株州硬质合金厂在纳米硬质合金方面也进行了深入研究。通过采用低温真空烧结、气压烧结及热等静压工艺，成功地研制出了晶粒度为0．411Ill的

7、超细硬质合金，北京科技大学、中南大学、浙江大学、北京有色金属研究总院等也加紧这方面的研究，但对纳米合金粉末的烧结工艺研究才刚刚起步。对于纳米WC-Co复合粉木的研究和开发，少数发达国家已经具有批量生产能力，我国在这方面已取得了一些成果，但与世界发达国家相比还存在不少差距【4】。纳米复合粉末在制备过程中很容易团聚，但有关这方面的详细研究的报道很少。纳米粉末在烧结过程中晶粒长大迅速，容易出现材料内部致密度不高、晶粒粗大等缺陷，从而失去了纳米材料的优越性。国内外对该方面的研究都开始投入了大量的精力。2浙江理一I：人学硕十学何论文1．

8、1．2．1纳米WC粉和纳米WC-Co复合粉的制备方法wC—Co纳米复合材料的机械性能主要取决于它的微观结构，例如：材料中碳化物粒子大，则材料的硬度高。纳米尺寸的成分比微米尺寸的成分更能够满足机械性能[5-i0】。常规的WC和wC嵌入软金属(例ONCo)代表了一类会属陶瓷复合材