Aktuelle Forschung zu den wichtigsten Arten von WC-basierten Verbundwerkstoffen

Hartmetall ist eine Art Hartmetall, das durch Pulvermetallurgie aus der harten Verbindung von feuerfestem Metall und Bindemetall hergestellt wird. Aufgrund seiner guten Härte und Festigkeit ist es in vielen Bereichen weit verbreitet. Da die Anforderungen an die Hochtemperaturleistung und die Korrosionsbeständigkeit von Hartmetallmaterialien immer höher werden, ist es schwierig, die Leistungsanforderungen bestehender Hartmetallmaterialien zu erfüllen. In den letzten 30 Jahren haben viele Wissenschaftler experimentelle Untersuchungen an Verbindungen auf WC-Basis durchgeführt und eine Reihe von Forschungsergebnissen erhalten.

WC-Metalle

WC-Co

Das in Wolframcarbid weit verbreitete zementartige Material ist Kobalt. Das WC Co-System wurde ausführlich untersucht. Durch die Zugabe von CO weist WC eine gute Benetzbarkeit und Haftung auf. Wie in Abbildung 13.2 gezeigt, kann die Zugabe von CO außerdem die Festigkeit und Zähigkeit erheblich verbessern.

Abbildung 13.3 Rückstreuelektronenmikroskopische Aufnahme von WC-Co-Pulver mit Darstellung der äußeren Strukturen und der Querschnittsstrukturen: (a), (b) F8; (c), (d) M8; und (E), (f) C8.

Er führte eine Rückstreuelektronenbildgebung von F8-, M8- und C8-Pulvern und ihren polierten Abschnitten durch. Es wurde beobachtet, dass alle Pulver eine typische Kugelform haben. F8-Pulver zeigt eine dichte Anreicherung von feinen Carbiden, während M8- und C8-Pulver eine relativ lockere Ansammlungsstruktur mit einigen Poren zeigen. Auf dem polierten Abschnitt zeigen alle Proben ein offensichtliches Streuphänomen, und die Härte und die Verschleißfestigkeit sind umgekehrt proportional zum Kobaltgehalt. Die Vickers-Härte (HV) variiert zwischen 1500 und 2000 HV30, und die Bruchzähigkeit liegt zwischen 7 und 15 MPa M1 / 2. Diese signifikante Änderung ist eine Funktion der Carbidzusammensetzung, der Mikrostruktur und der chemischen Reinheit.

Im Allgemeinen ist die Härte und die Verschleißfestigkeit umso besser, je kleiner die Partikelgröße ist. Je höher der Volumenanteil von CO ist, desto höher ist die Bruchzähigkeit, aber desto geringer sind die Härte und die Verschleißfestigkeit (Jia et al., 2007). Um eine bessere Leistung zu erzielen, ist es daher unvermeidlich, stattdessen andere zementhaltige Materialien zu verwenden.

Andererseits ist es aus den oben genannten Gründen in der Strategie nicht wissenschaftlich und leicht, die Preisentwicklung zu beeinflussen. Darüber hinaus ist die Kombination von WC und Co-Staub besorgniserregend, da sie tödlicher sind als jeder einzelne Gebrauch.

WC-Ni

Nickel ist billiger und leichter zu bekommen als Kobalt. Es hat eine gute Zähigkeitseigenschaft. Es kann verwendet werden, um die Korrosions- / Oxidationsleistung, die Hochtemperaturfestigkeit und die Verschleißfestigkeit in rauen Umgebungen zu verbessern. Im Vergleich zur WC Co-Legierung ist die Plastizität des Materials geringer. Da sich Nickel in WC gut löst, wird es als Klebstoff für WC-Substrate verwendet, was zu einer starken Bindung zwischen ihnen führt.

WC-Ag

Die Zugabe von Ag macht WC zu einer Art lichtbogenbeständigem Material. Unter der Wirkung von Überlaststrom wird WC häufig in Schaltvorrichtungen geladen, was auf den bekannten elektrischen Kontaktwiderstand (RC) der letzteren zurückzuführen ist. Es ist erwähnenswert, dass der spezifische Widerstand des WC-Ag-Verbundstoffs mit zunehmendem Ag-Gehalt abnimmt und die Härte mit zunehmendem Ag-Gehalt abnimmt, was auf den großen Unterschied zwischen der Härte von WC und Ag zurückzuführen ist. Zusätzlich haben die groben WC-Körner einen sehr geringen und stabilen Kontaktwiderstand.

Abbildung 13.4 zeigt den durchschnittlichen elektrischen Kontaktwiderstand (RC), der vom Schalter erzeugt wird

Zyklus 11e50 mit unterschiedlichem Silbergehalt und unterschiedlicher WC-Partikelgröße, da beobachtet wird, dass RC der meisten Materialien nach 10 Schaltzyklen stabil ist. Der Kontaktwiderstand von Silber liegt in WC mit einer Partikelgröße von 4 mm zwischen 50 und 55 Gew .-% TP1T (Volumenverhältnis 60% und 64,61 TP1T) und in WC mit einer Partikelgröße zwischen 55 und 60 Gew .-% TP1T (Volumenverhältnis 64,61 TP1T und 69%) 0,8 und 1,5 mm. Dies bestimmt daher die anfängliche Zusammensetzung der Investition, bei der die Ag-Matrix vollständig miteinander verbunden ist. Bei festen Bauteilen wurde eine Abnahme des Kontaktwiderstands zwischen 1,5 und 4 mm WC-Partikelgröße beobachtet, was auch die Permeationsschwelle markiert.

WC-Re

Wissenschaftler verwenden Wolframcarbid zur Verstärkung von Rhenium, um eine bessere Leistung als WC Co zu erzielen, da RE eine hohe Temperaturhärte und eine gute Kombination bringen kann

Abbildung 13.4: Das Verhältnis des durchschnittlichen elektrischen Kontaktwiderstands bei unterschiedlichem Ag-Gehalt und unterschiedlicher WC-Partikelgröße zum Kontaktwiderstand des WC-Substrats während der Zyklen 11 bis 50 ist co oder Ni. Gemäß den Mikrostrukturmerkmalen von WC-Coere (20% RE-Gehalt) wird beschrieben, dass WC-Coere in CO zurückgehalten werden und weiterhin eine HCP-Struktur bilden, wodurch die Härte der Legierung verbessert wird. Die Forscher verstärkten auch re in WC Ni und fanden ähnliche Schlussfolgerungen. Aufgrund seiner höchsten Härte und doppelten Haltbarkeit von WC Co wird die Legierung zur Herstellung wettbewerbsfähiger Werkzeugteile verwendet. Beim Kaltpressen von WC- und Re-Pulvern, gefolgt von einem patentierten Heißpressverfahren, wurden mehr als 2400 kg / mm 2 HV beobachtet (im Vergleich zu 1700 kg / mm 2 für WC-Co).

WC intermetallics

WC-FeAl

In den letzten Jahrzehnten haben intermetallische Verbindungen als keramische Klebstoffe die Aufmerksamkeit der Menschen auf sich gezogen. Eisenaluminid hat eine ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit, geringe Toxizität, hohe Härte, gute Verschleißfestigkeit, Hochtemperaturstabilität und gute Benetzbarkeit. Es ist thermodynamisch für WC als Bindemittel geeignet. Die Härte und Bruchzähigkeit von WC FeAl und WC Co sind grundsätzlich gleich. Die Härte und Verschleißfestigkeit der WC-Co-Legierung sind ähnlich denen einer herkömmlichen WC-Co-Legierung. Es kann davon ausgegangen werden, dass es möglich ist, das traditionelle WC Co zu ersetzen, wenn die Korngröße optimiert werden kann. Die Partikelgrößenverteilungskurve von WC FeAl-Mischpulver, das durch verschiedene Kugelmahl- und / oder Trocknungsverfahren hergestellt wurde, ist in Abbildung 13.5 dargestellt. Die drei Kurven in Abbildung 13.5 sind bimodal verteilt. In Abbildung 13.5 entspricht der linke Peak der kleineren Partikelgröße dem linken Peak eines einzelnen WC-Partikels. Der korrekte Spitzenwert größerer Partikelgröße entspricht dem Spitzenwert von FeAl-Fragmenten, die einige WC-Partikel enthalten. Wenn sich die richtige Spitze bewegt, hängt die linke Spitze nicht vom Mahl- und/oder Trocknungsprozess ab. Der korrekte Peak von DR-Pulver (entwässertes Ethanol als Lösungsmittel für schnelles Trocknen) verschiebt sich zu dem entsprechenden Peak der anderen beiden Pulver.

Abbildung 13.5 Partikelgrößenverteilungen von WC-FeAl-Mischpulvern, die aus verschiedenen Pulververfahren hergestellt wurden.

WC-Keramik

WC-MgO

Wc-mgo-Verbundwerkstoffe sind aufgrund der Zugabe von MgO-Partikeln in die WC-Matrix weit verbreitet, was wenig Einfluss auf die Härte hat und die Zähigkeit der Materialien erheblich verbessert. Die Härte ist umgekehrt proportional zur Zähigkeit, aber im Fall dieser Legierung wird die Zähigkeit erhalten, wenn der Härteverlust sehr gering ist. Die Zugabe einer kleinen Menge VC, Cr3C2 und anderer Kornwachstumshemmer zu dem untersuchten Material kann nicht nur das Kornwachstum im Sinterprozess steuern, sondern auch die mechanischen Eigenschaften des Materials verbessern.

WC-Al2O3

Es muss hier erwähnt werden, dass Al2O3 aufgrund seiner hervorragenden mechanischen und physikalischen Eigenschaften als Verstärkungsmaterial für WC verwendet wird und umgekehrt.

Die Sintertemperatur und die Haltezeit haben erhebliche Auswirkungen auf die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften des wc-40vol% Al2O3-Verbundwerkstoffs. Mit zunehmender Sintertemperatur und Haltezeit nehmen die relative Dichte und Partikelgröße zu. Gleichzeitig nehmen die Werte für Hochdruck und Bruchzähigkeit zuerst zu und dann ab. Die Mikrostruktur des Risspfades zeigt das Vorhandensein von Rissüberbrückung und Rissablenkung. In wc-40vol% Al 2O 3 -Kompositen ist der Hauptzähigkeitsmechanismus die Erzeugung von sekundären und lateralen Rissen. Eine andere Studie zeigt, dass die HV etwa 20e25gpa beträgt und die Bruchzähigkeit 5e6mpa.m1 / 2 beträgt.

Abbildung 13.6 zeigt den Variationstrend von Härte, Bruchzähigkeit und Querbruchfestigkeit mit Aluminiumoxidgehalt. Es ist zu beachten, dass sich diese Werte stark von den angegebenen Werten unterscheiden (Mao et al., 2015). Reines WC hat die höchste Härte und die niedrigste Bruchzähigkeit. Die Zugabe von Al 2 O 3 verbessert die Bruchzähigkeit, aber die Härte von reinem Aluminiumoxid ist geringer als die von reinem WC und die Härte von wc-al 2 o 3 -Komposit nimmt ab. Die unterschiedlichen Ergebnisse in Abbildung 13.6 zeigen, dass die mechanischen Eigenschaften nicht nur vom Aluminiumoxidgehalt, sondern auch vom Herstellungsprozess und der Qualität verschiedener Substrate abhängen. 

WC-Schleifmittel

WC cBN

Da CBN eine ausgezeichnete Härte, thermische Stabilität und Reaktionsaktivität mit Eisen aufweist, kann die Zugabe von CBN zu WC Co die Verschleißfestigkeit, Härte und mechanischen Eigenschaften des Materials verbessern. Sobald CBN in der WC-Matrix verstärkt ist, wird eine starke Haftung erzeugt. Zusätzlich kann eine bessere Bruchzähigkeit durch Rissablenkung oder Überbrückung von CBN-Partikeln erhalten werden. Die beiden Haupthindernisse bei der Zugabe von CBN sind die Umwandlung von CBN in hBN und die starke kovalente Bindung zwischen B und N, was zu einer geringen Sinterfähigkeit von CBN und Hartmetall führt.

WC Diamanten

WC-Diamant weist eine ausgezeichnete Bruchzähigkeit, Risswachstumsbeständigkeit und Reflexionsbeständigkeit auf. Dieses Material kann nur unter thermodynamischen Bedingungen hergestellt werden, um zu verhindern, dass Diamant zu Graphit wird. Durch mehr Forschung zur Verbesserung der Leistung dieses Materials können wir die enorme Kostenlücke schließen, die sehr notwendig ist.