超细硬质合金晶粒长大抑制剂优化及烧结工艺的研究

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1、X778951．超细硬质合金晶粒长大抑制剂优化及烧结工艺的研究材料加工工程专业研究生龙坚战指导老师李宁习惯上人们把WC平均晶粒度小于0．5lam的硬质合金称为超细硬质合金，与传统的合金相比，超细硬质合金不仅具有更高的硬度，而且有更高的强度，也因此被称为“双高”合金。随着印刷线路板(PrintedCircuitBoard)向高密度互连方向的发展，以及电子器件的小型化与高度集成化，对硬质合金微加工工具提出了高的要求，超细硬质合金被广泛用来改善硬质合金钻头的加工性能。本文采用进口美国OMG公司生产的超细WC粉和上海百洛达的超细钴粉为原料。以扫描电镜(SEM)、X衍射(Ⅺm)和差热分析

2、(DTA)等为分析手段，系统地研究了WC—Co超细硬质合金晶粒长大抑制剂VC、Cr3C2的抑制效果，考察了晶粒长大抑制剂VC、Cr3C2的不同粒度、加入量和VC／CT3C2不同配比量对合金性能的影响。探讨了WC—Co超细硬质合金烧结温度对合金性能的影响。通过DTA，分析了烧结过程的热效应过程，XRD分析了烧结硬质合金的物相结构。最后探讨晶粒长大抑制剂VC、Cr3C2的抑制机理。试验结果表明，通过晶粒长大抑制剂VC、Cr3C2的预磨，其粒度明显细化，且VC细化速度高于Cr3C2，VC由于没有钝化膜的保护其含氧量随着预磨时间增加很快，而Cr3C2则变化很小。随着加入的晶粒长大抑制剂

3、粒度的减小其抑制效果变得明显，合金的矫顽磁力明显增加；硬度也增加。由于VC经预磨后氧含量的增加，给合金的强度带来不利的影响，强度呈下降的趋势。WC-Co超细硬质合金的硬度是随着晶粒长大抑制荆的加入量的增加而增加，尤以VC的效果最为明显。随VC加入量增加，矫顽磁力增加，密度降低，同时合金的孔隙度也增加，过量的抑制剂带来合金的TRS强度的下降和影响致密化程度。在烧结温度为1380"(2保温1小时的烧结制度下，晶粒长大抑制剂的总量为总重的0．8wt％为宜。针对添加单一抑制来说，VC的抑制效果最好其次是VC／Cr3C2和Cr3C2。添加单一VC其矫顽磁力比添加相同量的单一Cr3C2增加

4、快，强度TRS随着VC加入量的增加而降低，而Cr3Cz则是先降后升。改变晶粒长大抑制剂VC／Cr3C2的不同配比量对合金有很大的影响，随着Cr3c2的比例的增加，合金的硬度下降，强度TRS存在最大值。配比量为0．2VC一0．4Cr3C2处的合金综合性能最好。添加抑制剂对合金的综合性能有利影响的顺序为：VC／Cr3C2>Cr3C2>VC。对WC一(6～10wt％)Co体系，抗弯强度最大值抑制剂成分点的复合合抑制剂VC／Cr3C2的配比为：cnC2：vc。2～3。通过对抑制剂的试验，测试合金的性能发现WC一8Co-0．6Cr3C：一0．2VC和WC一6Co-0．4Cr3C2—0．4

5、TaC的综合性能较好，横向断裂强度TRS(C样)分别达到4380Mpa和3970Mpa；硬度分别达到93．0HRA和92．8HRA。通过不同烧结温度对合金性能影响试验，发现在1320℃、1350℃、1380℃烧结温度下对WC一10Co-0．4VC-0．4Cr3C2超细硬质合金的真空烧结实验表明，1320。C孔隙度要高，1350℃和1380℃的性能相差不大。但1350℃比1380℃具有更高的抗弯强度(TRS)；合金的微观组织结构和性能评价结果表明，烧结温度对致密度和晶粒的大小影响很大；硬度可相差1．IHRA。WC一10<20一0．4VC-0．4Cr3C2超细硬质合金的适宜烧结温度

6、为1350℃～1380℃。差热分析(DTA)表明WC一10Co．0．4VC一0．4Cr3C2超细硬质合金在950。C开始出现液相；在13004C左右结束。分析了晶粒长大抑制剂的抑制机理，VC和Cr3C2的抑制机理不同，VC是吸附在碳化钨颗粒表面，降低WC的表面能，从而降低了WC在液相的溶解度。并沿WC／WC界面偏聚，阻碍WC晶界面的迁移，从而阻碍了WC颗粒发生聚集长大。Cr3C2则认为是其溶解在液相钴减缓了WC通过液相重结晶长大。关键词：超细硬质合金抑制剂烧结温度机理StudyofUltra—fineCementedCarbidesGrainGrowthInhibitorsOp

7、timizationandSinteringProcessMaterialProcessingEngineeringPostgraduateJianzhanLongSupervisorNingLiInThispaper,weuseimportedUltrarfineWCpowdersproductedbyAmericanOMGcompanyandUltra—FmecobaltpowdersproductedbyShanghaiBaiLuoDaCo．Lidascrudematerials．Al