Nghiên cứu hiện tại về các loại vật liệu tổng hợp dựa trên WC

Cacbua xi măng là một loại cacbua xi măng được chế tạo từ quá trình luyện kim bột từ hợp chất cứng của kim loại chịu lửa và kim loại liên kết. Bởi vì độ cứng và sức mạnh tốt của nó, nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Với yêu cầu về hiệu suất nhiệt độ cao và khả năng chống ăn mòn của vật liệu cacbua xi măng ngày càng cao, hiệu suất của vật liệu cacbua xi măng hiện tại khó đáp ứng yêu cầu sử dụng. Trong 30 năm qua, nhiều học giả đã thực hiện nghiên cứu thử nghiệm các hợp chất dựa trên WC và thu được một loạt kết quả nghiên cứu.

Kim loại WC

WC-Co

Vật liệu xi măng được sử dụng rộng rãi trong cacbua vonfram là coban. Hệ thống WC Co đã được nghiên cứu rộng rãi. Việc bổ sung CO làm cho WC có độ ẩm và độ bám dính tốt. Ngoài ra, như trong Hình 13.2, việc bổ sung CO cũng có thể cải thiện đáng kể sức mạnh và độ dẻo dai.

Hình 13.3 Máy vi tính điện tử tán xạ ngược của bột WC Co cho thấy cấu trúc bên ngoài và mặt cắt ngang: (a), (b) F8; (c), (d) M8; và (E), (f) C8.

Ông đã thực hiện hình ảnh điện tử tán xạ ngược của bột F8, M8 và C8 và các phần được đánh bóng của chúng. Nó đã được quan sát thấy rằng tất cả các loại bột có hình dạng hình cầu điển hình. Bột F8 cho thấy sự tích tụ dày đặc của các cacbua mịn, trong khi bột M8 và C8 cho thấy cấu trúc tích lũy tương đối lỏng lẻo với một số lỗ chân lông. Trên phần đánh bóng, tất cả các mẫu cho thấy hiện tượng tán xạ rõ ràng, và độ cứng và khả năng chống mài mòn tỷ lệ nghịch với hàm lượng coban. Độ cứng Vickers (HV) thay đổi từ 1500 đến 2000 HV30, và độ bền gãy dao động từ 7 đến 15 MPa M1 / 2. Sự thay đổi đáng kể này là một chức năng của thành phần cacbua, cấu trúc vi mô và độ tinh khiết hóa học.

Nói chung, kích thước hạt càng nhỏ thì độ cứng càng cao và khả năng chống mài mòn càng tốt. Tỷ lệ thể tích của CO càng cao thì độ bền gãy càng cao, nhưng độ cứng và khả năng chống mài mòn càng thấp (Jia et al., 2007). Do đó, để có được hiệu suất tốt hơn, thay vào đó, không thể tránh khỏi việc sử dụng các vật liệu xi măng khác.

Mặt khác, vì những lý do trên, nó không khoa học trong chiến lược và dễ ảnh hưởng đến xu hướng giá cả. Ngoài ra, sự kết hợp giữa WC và bụi đồng là đáng lo ngại vì chúng gây chết người nhiều hơn bất kỳ việc sử dụng nào.

WC-Ni

Niken rẻ hơn và dễ kiếm hơn coban. Nó có một tài sản cứng rắn tốt. Nó có thể được sử dụng để cải thiện hiệu suất ăn mòn / oxy hóa, độ bền nhiệt độ cao và chống mài mòn trong môi trường khắc nghiệt. So với hợp kim WC Co, độ dẻo của vật liệu thấp hơn. Bởi vì niken hòa tan tốt trong WC, nó được sử dụng làm chất kết dính cho chất nền WC, dẫn đến liên kết mạnh mẽ giữa chúng.

WC-Ag

Việc bổ sung Ag làm cho WC trở thành một loại vật liệu chống hồ quang. Dưới tác động của dòng quá tải, WC thường được tải trong các thiết bị chuyển mạch, điều này có thể được quy cho điện trở tiếp xúc điện (RC) nổi tiếng sau này. Điều đáng nói là điện trở suất của hỗn hợp WC Ag giảm khi tăng hàm lượng Ag và độ cứng giảm khi tăng hàm lượng Ag, điều này là do sự khác biệt lớn giữa độ cứng của WC và Ag. Ngoài ra, các hạt WC thô có sức đề kháng tiếp xúc rất thấp và ổn định.

Hình 13.4 cho thấy điện trở tiếp xúc điện trung bình (RC) được tạo ra bởi công tắc

Chu kỳ 11e50 với hàm lượng bạc và kích thước hạt WC khác nhau, bởi vì RC của hầu hết các vật liệu được quan sát là ổn định sau 10 chu kỳ chuyển đổi. Điện trở tiếp xúc của bạc nằm trong khoảng từ 50-55 wt% (tỷ lệ thể tích 60% và 64.6%) trong WC với kích thước hạt là 4 mm và từ 55-60 wt% (tỷ lệ thể tích 64.6% và 69%) trong WC với kích thước hạt 0,8 và 1,5 mm. Do đó, điều này xác định thành phần ban đầu của khoản đầu tư, trong đó ma trận Ag được liên kết hoàn toàn. Đối với các thành phần cố định, sự giảm điện trở tiếp xúc giữa kích thước hạt WC 1,5 đến 4 mm đã được quan sát, cũng đánh dấu ngưỡng thấm.

WC-Re

Các nhà khoa học đang sử dụng cacbua vonfram để tăng cường rheni để có được hiệu suất tốt hơn WC Co, bởi vì RE có thể mang lại độ cứng ở nhiệt độ cao và sự kết hợp tốt

Hình 13.4 tỷ lệ của điện trở tiếp xúc điện trung bình ở hàm lượng Ag khác nhau và kích thước hạt WC so với điện trở tiếp xúc của chất nền WC trong chu kỳ 11 đến 50 là co hoặc Ni. Theo đặc điểm cấu trúc vi mô của WC coere (hàm lượng RE 20%), được mô tả rằng WC coere giữ lại trong CO và tiếp tục hình thành cấu trúc HCP, do đó cải thiện độ cứng của hợp kim. Các nhà nghiên cứu cũng tăng cường lại trong WC Ni và tìm thấy những suy luận tương tự. Do độ cứng cao nhất và độ bền gấp đôi của WC Co, hợp kim được sử dụng để sản xuất các bộ phận công cụ cạnh tranh. Khi ép lạnh WC và bột Re theo quy trình ép nóng được cấp bằng sáng chế, hơn 2400 kg / mm ~ 2 của HV đã được quan sát (so với 1700 kg / mm ~ 2 đối với WC-Co)

WC đối xứng

WC-FeAl

In the past few decades, intermetallic compounds as ceramic adhesives have attracted people’s attention. Iron aluminide has excellent oxidation resistance and corrosion resistance, low toxicity, high hardness, good wear resistance, high temperature stability and good wettability. It is thermodynamically suitable for WC as binder. The hardness and fracture toughness of WC FeAl and WC Co are basically the same. The hardness and wear resistance of WC Co alloy are similar to those of conventional WC Co alloy. It can be considered that if the grain size can be optimized, it is possible to replace the traditional WC Co. The particle size distribution curve of WC FeAl mixed powder prepared by different ball milling and / or drying processes is shown in Figure 13.5. The three curves in Figure 13.5 have bimodal distribution. In Figure 13.5, the left peak of the smaller particle size corresponds to the left peak of a single WC particle. The correct peak value of larger particle size corresponds to the peak value of FeAl fragments containing some WC particles. When the correct peak moves, the left peak does not depend on the grinding and / or drying process. The correct peak of D-R powder (dehydrated ethanol as solvent for rapid drying) shifts to the corresponding peak of the other two powders.

Hình 13,5 Phân bố kích thước hạt của bột hỗn hợp WC-FeAl được điều chế từ các quy trình bột khác nhau.

WC-gốm

WC-MgO

Vật liệu composite Wc-mgo đã được sử dụng rộng rãi do việc bổ sung các hạt MgO trong ma trận WC, ít ảnh hưởng đến độ cứng và cải thiện đáng kể độ dẻo dai của vật liệu. Độ cứng tỷ lệ nghịch với độ bền, nhưng trong trường hợp của hợp kim này, độ bền có được khi độ mất độ cứng rất nhỏ. Thêm một lượng nhỏ VC, Cr3C2 và các chất ức chế tăng trưởng hạt khác vào vật liệu được nghiên cứu không chỉ có thể kiểm soát sự tăng trưởng của hạt trong quá trình thiêu kết mà còn cải thiện tính chất cơ học của vật liệu.

WC-Al2O3

Ở đây phải đề cập rằng Al 2 O 3 được sử dụng làm vật liệu gia cố cho WC và ngược lại, vì các tính chất cơ lý tuyệt vời của chúng.

Nhiệt độ thiêu kết và thời gian giữ có ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của hỗn hợp wc-40vol% Al2O3. Với sự gia tăng của nhiệt độ thiêu kết và thời gian giữ, mật độ tương đối và kích thước hạt tăng lên. Đồng thời, các giá trị của áp lực cao và độ bền gãy xương tăng trước và sau đó giảm. Cấu trúc vi mô của đường nứt cho thấy sự tồn tại của cầu nứt và độ lệch vết nứt. Trong vật liệu tổng hợp wc-40vol% Al 2O 3, cơ chế làm cứng chính là tạo ra các vết nứt thứ cấp và bên. Một nghiên cứu khác cho thấy HV khoảng 20e25gpa và độ bền gãy là 5e6mpa.m1 / 2.

Hình 13.6 cho thấy xu hướng biến đổi của độ cứng, độ bền gãy và độ bền gãy ngang với hàm lượng alumina. Cần lưu ý rằng những giá trị này khá khác biệt với những giá trị được báo cáo (Mao et al., 2015). WC nguyên chất có độ cứng cao nhất và độ bền gãy thấp nhất. Việc bổ sung Al2O3 giúp cải thiện độ bền gãy, nhưng độ cứng của alumina tinh khiết thấp hơn so với WC nguyên chất và độ cứng của composite wc-al2o3 giảm. Các kết quả khác nhau trong Hình 13.6 cho thấy các tính chất cơ học không chỉ phụ thuộc vào hàm lượng alumina, mà còn phụ thuộc vào quá trình sản xuất và cấp chất nền khác nhau. 

WC mài mòn

WC cBN

Do CBN có độ cứng tuyệt vời, độ ổn định nhiệt và hoạt động phản ứng với sắt, việc thêm CBN vào WC Co có thể cải thiện khả năng chống mài mòn, độ cứng và tính chất cơ học của vật liệu. Khi CBN được tăng cường vào ma trận WC, độ bám dính mạnh sẽ được tạo ra. Ngoài ra, độ bền gãy tốt hơn có thể đạt được bằng cách làm lệch vết nứt hoặc bắc cầu của các hạt CBN. Hai trở ngại chính trong quá trình bổ sung CBN là chuyển đổi từ CBN sang hBN và liên kết cộng hóa trị mạnh giữa B và N, dẫn đến khả năng thiêu kết thấp của CBN và cacbua xi măng.

Kim cương WC

WC kim cương có độ bền gãy tuyệt vời, chống nứt tăng trưởng và chống phản xạ. Vật liệu này chỉ có thể được sản xuất trong điều kiện nhiệt động để ngăn kim cương biến thành than chì. Thông qua nhiều nghiên cứu để cải thiện hiệu suất của vật liệu này, chúng tôi có thể tạo ra khoảng cách chi phí rất lớn, rất cần thiết.