纳米wc10co复合粉末的制备及其低压烧结

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1、摘要高硬度、高韧性的超细或纳米结构WC．Co硬质合会是现代制造业重要的加工刀具和模具材料，而高能球磨法制备的纳米WC．Co复合粉末的低压烧结是一种简单、高效、先进的一种方法。本文首先综述了纳米WC—Co复合粉末的制备方法、纳米块体材料和硬质合金的烧结机理与方法，以及烧结过程中晶粒长大的抑制方法，然后采用x射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜、和能谱分析等手段研究了高能球磨制备的纳米WC．Co复合粉末的微观结构。随后对高能球磨制备的纳米WC．Co复合粉末的成型性能进行研究。最后研究了纳米WC．Co复合粉末的低压烧结工艺以及烧结后

2、的微观结构与性能。研究发现WC．10Co复合粉末在经过36小时的高能球磨后，平均颗粒尺寸降至500纳米左右，其中WC的晶粒尺寸可以降低至10纳米左右。球磨的机械应力还可以诱发fcc．Co向hop．Co的相变，使WC—Co粉末中的fee．Co减少。经过96小时的长时阃的高能球磨，WC的晶粒尺寸降低到5-8nm，粉末的粒度降低到200nm左右。但是从96小时后，粉末颗粒有重新团聚的现象。高能球磨的WC．Co复合粉末有严重的脱碳现象，并且随着球磨时间的延长，晶粒尺寸变小，脱碳现象越严重。形成的主要脱碳相为c03w9c4、C03W3

3、C、C06W6C等。通过添加一定量的游离碳可以消除烧结时的脱碳。纳米WC．10％Co复合粉末的压制性能比普通的WC—10％Co粉末要差，压坯的密度和相对密度也比普通的WC．10％Co粉末低。普通WC．10％Co硬质合金粉末压坯可以获得60％以上的相对密度，而纳米WC．10％Co复合粉末压坯只能获得不超过45％的相对密度。纳米WC．10％Co复合粉末的收缩率要比普通WC一10％Co硬质合金的收缩率大很多，最大收缩率可以达到60％以上。低压烧结可以在比真空烧结相对短的时间内完成纳米WC．Co粉末的烧结，同时获得较为细小的组织。随

4、着烧结温度的升高，晶粒长大趋势增大，即使添加少量的晶粒抑制剂也无法控制晶粒的不连续长大。同时温度升高，容易引起Co相蒸发从而形成Co池。低压烧结后的试样密度和硬度都很高，其中试样密度可以达到14．289／cm3，硬度可以达到HRA94．6。由于压制方法和模具精度差的原因，有可能造成烧结后的试样内部有大的孔隙，从而造成合金的抗弯强度较低，通过采取先进的压制方法和高精度模具可以改善合金内部的孔隙。低压烧结是一种高效、先进的硬质合金烧结工艺，可以获得比真空烧结更细小的组织和更高的硬度和抗弯强度。关键词：高能球磨纳米材料WC．Co硬

5、质合金压制性低压烧结华南理f：大学硕士学位论文AbstractUltra’fineornanostructuredWC—Cohardmetalswithhighhard／lessandtoughnessarekeymaterialsformachiningtoolsandmouldsinthemodernmanufacturingindustry．Andlow·pressuresinteringofnanostructuredWC—Cocompositepowderpreparedbyhighenergyballmillin

6、gisasimple，efficientandadvancedmethod．Inthispaper，processesofsynthesizingthenanostructuredWC．Cocompositepowder，thesinteringmechanismsandmethodsofnanostructuredbulkmaterialsandWC-Cohardmetals，andhowtorestrainthecrystallinegrainfromgrowingupweresummarized．AndX-RayDif

7、fraction(XRD)，ScanningElectronMicroscope(SEM)andenergyspectrumanalysiswereemployedtocharacterizethemicrostructuredofWC—Cocompositepowderpreparedbyhighenergyballmilling．TheshapingperformanceofthenanostructuredWC-Copowderwasalsoinvestigated．Thenlowpressuresinteringpr

8、ocessofnanostructuredWC·Cocompositepowder，andthemicrostructureandperformanceaftersinteringwerestudied．Theexperimentalresultsshowthattheaveragesiz