WC基复合材料的主要种类研究现状1

硬质合金是一种由硬质合金和难熔金属的硬质化合物经粉末冶金工艺制成的硬质合金。由于其良好的硬度和强度,它被广泛用于许多领域。随着对硬质合金材料的高温性能和耐腐蚀性的要求越来越高,现有硬质合金材料的性能难以满足其使用要求。在过去的30年中,许多学者对WC基化合物进行了实验研究,并获得了一系列研究成果。

WC金属

WC-Co

碳化钨中广泛使用的胶凝材料是钴。 WC Co系统已被广泛研究。 CO的添加使WC具有良好的润湿性和粘附性。此外,如图13.2所示,添加CO还可以显着提高强度和韧性。

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WC基复合材料主要种类的研究现状3

图13.3 WC Co粉的背散射电子显微照片,显示了外部和横截面结构:(a),(b)F8; (c),(d)M8; (E),(f)C8。

他对F8,M8和C8粉末及其抛光部分进行了反向散射电子成像。观察到所有粉末均具有典型的球形。 F8粉末显示出细小碳化物的密集堆积,而M8和C8粉末显示出具有一些孔的相对松散的堆积结构。在抛光部分,所有样品均显示出明显的散射现象,并且硬度和耐磨性与钴含量成反比。维氏硬度(HV)在1500到2000 HV30之间变化,断裂韧性在7到15 MPa M1 / 2之间。这种显着变化是碳化物组成,微观结构和化学纯度的函数。

一般来说,粒度越小,硬度越高,耐磨性越好。 CO的体积分数越高,断裂韧性越高,但硬度和耐磨性越低(Jia等,2007)。因此,为了获得更好的性能,不可避免地要考虑使用其他水泥材料代替。

另一方面,由于上述原因,策略上不科学并且容易影响价格趋势。此外,WC和粉尘的结合令人担忧,因为它们比任何一次使用更具致命性。

钨镍

镍比钴便宜且易于获得。它具有良好的增韧性能。它可用于改善苛刻环境下的腐蚀/氧化性能,高温强度和耐磨性。与WC Co合金相比,材料的可塑性较低。由于镍在WC中溶解良好,因此可以用作WC基材的粘合剂,从而在它们之间形成牢固的结合。

WC-Ag

Ag的添加使WC成为一种耐电弧材料。在过载电流的作用下,WC通常负载在开关设备中,这可归因于后者的众所周知的电接触电阻(RC)。值得一提的是,WC Ag复合材料的电阻率随Ag含量的增加而降低,而硬度随Ag含量的增加而降低,这是由于WC和Ag的硬度差异很大。另外,粗WC颗粒具有非常低且稳定的接触电阻。

图13.4显示了开关产生的平均电接触电阻(RC)

具有不同银含量和WC粒度的11e50循环,因为观察到大多数材料的RC在10个开关循环后均保持稳定。银的接触电阻在颗粒大小为4 mm的WC中为50-55 wt%(体积比60%和64.6%)之间,在颗粒大小为WC的WC中为55-60 wt%(体积比64.6%和69%)之间。 0.8和1.5毫米。因此,这确定了投资的初始组成,其中银基质完全互连。对于固定组件,观察到接触电阻在1.5和4 mm WC粒度之间减小,这也标志着渗透阈值。

WC-Re

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科学家使用碳化钨来增强rh,以获得比WC Co更好的性能,因为RE可以带来高温硬度和良好的结合

图13.4在第11至第50次循环中,不同Ag含量和WC颗粒尺寸下的平均接触电阻与WC基材接触电阻的比率为co或Ni。根据WC粗晶的显微组织特征(含量为20% RE),描述了WC粗晶保留在CO中并继续形成HCP结构,从而提高了合金的硬度。研究人员还加强了对WC Ni的研究,发现了类似的推论。由于具有最高的硬度和两倍于WC Co的耐久性,该合金被用于制造具有竞争力的工具零件。当冷压WC和Re粉末并采用获得专利的热压工艺时,观察到超过2400 kg / mm〜2的HV(而WC-Co为1700 kg / mm〜2)

WC金属间化合物

WC-FeAl

在过去的几十年中,金属间化合物作为陶瓷粘合剂引起了人们的注意。铝化铁具有优异的抗氧化性和抗腐蚀性,低毒性,高硬度,良好的耐磨性,高温稳定性和良好的润湿性。它在热力学上适合作为粘合剂的WC。 WC FeAl和WC Co的硬度和断裂韧性基本相同。 WC Co合金的硬度和耐磨性与常规WC Co合金相似。可以认为,如果可以优化晶粒尺寸,则可以替代传统的WCCo。通过不同的球磨和/或干燥工艺制备的WC FeAl混合粉末的粒度分布曲线如图13.5所示。图13.5中的三条曲线具有双峰分布。在图13.5中,较小粒径的左峰对应于单个WC颗粒的左峰。较大粒径的正确峰值对应于包含一些WC颗粒的FeAl碎片的峰值。当正确的峰移动时,左峰不取决于研磨和/或干燥过程。 DR粉末(脱水乙醇作为快速干燥的溶剂)的正确峰移至其他两种粉末的相应峰。

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图13.5由各种粉末工艺制备的WC-FeAl混合粉末的粒度分布。

WC陶瓷

WC-MgO

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Wc-mgo复合材料由于在WC基体中添加了MgO颗粒而被广泛使用,这对硬度几乎没有影响,并且显着提高了材料的韧性。硬度与韧性成反比,但是在这种合金的情况下,当硬度损失非常小时获得韧性。在研究材料中加入少量的VC,Cr3C2和其他晶粒长大抑制剂,不仅可以控制烧结过程中的晶粒长大,而且可以提高材料的机械性能。

WC-Al2O3

这里必须提到的是,Al2O3用作WC的增强材料,反之亦然,因为它们具有出色的机械和物理性能。

烧结温度和保温时间对wc-40vol% Al2O3复合材料的显微组织和力学性能有重要影响。随着烧结温度和保温时间的增加,相对密度和粒径增加。同时,高压值和断裂韧性值先增大然后减小。裂纹路径的微观结构揭示了裂纹桥接和裂纹变形的存在。在wc-40vol% Al 2O 3复合材料中,主要的增韧机理是产生次生和横向裂纹。另一项研究表明,HV约为20e25gpa,断裂韧性为5e6mpa.m1 / 2。

图13.6显示了硬度,断裂韧性和横向断裂强度随氧化铝含量的变化趋势。应该注意的是,这些值与报道的值有很大的不同(Mao et al。,2015)。纯WC具有最高的硬度和最低的断裂韧性。 Al 2 O 3的添加提高了断裂韧性,但纯氧化铝的硬度低于纯WC的硬度,wc-al2o3复合材料的硬度降低。图13.6中的不同结果表明,机械性能不仅取决于氧化铝的含量,还取决于生产工艺和不同基材的等级。 

WC磨料

WC立方氮化硼

由于CBN具有出色的硬度,热稳定性和与铁的反应活性,因此在WC Co中添加CBN可以改善材料的耐磨性,硬度和机械性能。一旦将CBN增强到WC基质中,就会产生强附着力。另外,通过裂纹变形或CBN颗粒的桥接可以得到更好的断裂韧性。 CBN添加过程中的两个主要障碍是CBN向hBN的转化以及B和N之间强的共价键结合,这导致CBN和硬质合金的烧结能力低。

WC钻石

WC金刚石具有出色的断裂韧性,抗裂纹扩展性和抗反射性。这种材料只能在热力学条件下生产,以防止金刚石变成石墨。通过更多的研究来改善这种材料的性能,我们可以弥补巨大的成本缺口,这是非常必要的。

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