纳米复合wcco材料的低压烧结与晶粒生长抑制机理研究

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1、武汉理工人‘丫硕士学位论文摘要WC．Co硬质合金是一种性能优越的工具材料，纳米复合技术和材料的发展给它注入了新的活力，使其有效地解决了传统硬质合金强度与硬度之间的矛盾，实现了“双高”，在很多领域得到了广泛的应用。但是迄今为止，世界上还没有一家公司能够生产出晶粒度小于100nm的硬质合金制品，这其中的主要原因之～是受到烧结技术的限制，当前的烧结技术还不能十分有效地控制在烧结过程中WC晶粒的长大。因此，各国科研工作者对纳米硬质合金的研究大多集中在纳米粉末制备、烧结工艺和晶粒生长抑制剂三个方面。本论文工作充分利用课题组以喷雾热解一连续还原碳化法制备纳

2、米复合WC-Co粉末的技术优势，发挥自贡硬质合金有限责任公司的设备和制造优势，通过前期引入抑制剂以更好地在烧结过程中抑制WC晶粒的长大，采用模压／挤压成型工艺、低压烧结技术制得了高强度、高硬度的超细WC．Co硬质合金，研究了硬质合金的晶粒度对其硬度和抗弯强度的影响，研究了烧结过程中晶粒生长抑制剂的抑制机理及其对硬质合金性能的影响。通过对物质反应的热力学性能分析计算和XRD测试结果表明：抑制剂以氧化物(V205和Cr203)形式引入到原料粉末中、随即在真空环境下直接还原碳化制得碳化物一金属复合粉末的工艺是可行的；通过XRD、SEM、TEM、力学性

3、能测试研究表明：适量抑制剂的添加能够有效地抑制WC晶粒的长大，由此制得的硬质合金的性能明显优于末添加抑制剂的样品：当复合抑制剂VC+Cr3C2的加入量分别为0．4％wt时，抑晶效果最佳，硬质合金性能达到最优；硬质合金合金中WC的晶粒度越小、分布越均匀，其硬度和抗弯强度就越高。比较了添加有晶粒生长抑制剂的纳米复合粉术以真空烧结和低压烧结制得的硬质合金的显微结构和性能，证实了低压烧结的优越性。晶粒生长抑制剂的的抑晶机理可以归纳为：由于VC的加入形成了多台阶界面，使得WC晶体的晶界能增大，从而使二维成核的速率大大减慢，WC颗粒的粗化得到了有效抑制；C

4、r3C2均匀分布在WC晶体之间和固溶在粘结相Co中，在WC／Co界面cr元素没有发生偏析。最终，本研究以添加有复合抑制剂VC+Cr3C2的纳米复合WC—Co粉末为原料，通过低压烧结技术获得了抗弯强度为3810MPa、HRA为93．4、晶粒度为350nm的超细硬质合金。关键词：碳化钨一钴，硬质合金，真空烧结，低压烧结，抑制剂洛氏硬度，抗弯强度武汉理I‘大学硕士学位论文Abstractwc‘Cohardmetalisakindoftoolmaterialswithgoodproperties．Withthedevelopmentofnanocomp

5、ositetechnologyandmaterials，itisimportedinmoreandmorefieldswhichcanresolveeffectivelythecontradictionofstren【gthandhardnessinconventionalcementedcarbides．Uptillnow,noneofcompanyscanproduceacermetwithgrainsizeoflessthan100amintheworld．Thisisbecausethatthecurrenttechnologycan’

6、teffectivelycontrolWCcrystalgrowthduringsintering．Scientificresearchersovertheworldarehavingbeenappliedthemselvestosynthesizingnanocompositepowder,sinteringhardmetalswithnewtechnologyandinductingcrystalgrowthinhibitorsinnewway．TheultrafinegrainedWC·Coheardmetalshavingbothhig

7、hhardnessandhi[ghstrengthwaspreparedinthisworkbydiepressing,powderextrusionmoldingSinter-HIPingfromnanocompositeWC—Copowdermixedwithproperinhibitors．Thepowderwasfabricatedbyspraypyrogenation＆continuousreductionandcarbonizationprocess．Theinfluencesofgrainsizetohardnessandtran

8、sverserupturestrength，themechanismofinhibitorstoWCcrystalgrowthwerealsostud