WC-Co硬質(zhì)合金由于具有較高的硬度、斷裂強(qiáng)度和耐磨性,廣泛應(yīng)用于高速切削和耐磨防護(hù)領(lǐng)域。然而,使用Co作為粘結(jié)相的WC硬質(zhì)合金已逐漸暴露出許多局限性,比如高密度、易腐蝕和易氧化。此外,WC-Co硬質(zhì)合金由于高溫時(shí)存在粘結(jié)相迅速軟化,使得其力學(xué)性能隨溫度的升高而急劇下降。因此,尋求其它替代Co的新型粘結(jié)劑具有重要的工業(yè)意義,成為相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前,金屬間化合物Ni₃Al被認(rèn)為是最有前途的替代品之一。本文以經(jīng)典Ni₃Al高溫合金IC221為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)制備了Ni₃Al粉末材料,研究了在使用不同球磨介質(zhì)對(duì)WC-Ni₃Al復(fù)合材料微觀組織和力學(xué)性能的影響,重點(diǎn)分析了WC-Ni₃Al硬質(zhì)合金的變形機(jī)理以及腐蝕行為。本文首先以名義成分為Ni-8.25Al-7.85Cr-1.45Mo-0.01B的元素混合粉在干磨條件下通過機(jī)械合金化制備了Ni₃Al粉末。研究表明,合金化20 h后完全形成金屬間化合物相Ni₃Al。增加合金化時(shí)間,Ni_... 

【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

W-C-Co系統(tǒng)在1400℃時(shí)的等溫截面[8]

第一章緒論3米晶WC硬質(zhì)合金因兼具較高的硬度和韌性而成為了研究熱點(diǎn)[14]。然而使用WC納米粉末制備納米晶硬質(zhì)合金時(shí)，因納米粉末具有很高的燒結(jié)活性，需要添加晶粒生長抑制劑（GGI）來抑制晶粒長大。在起始粉末中加入少量的GGI（最常見的有VC、Cr3C2、TaC和NbC[15,16]），即可在燒結(jié)制品中保留起始粉末的晶粒度，同時(shí)不僅可以提高WC硬質(zhì)合金的室溫硬度，而且還可以提高其高溫韌性、硬度和抗蠕變性能等。其具體機(jī)制為晶粒生長抑制劑溶解在鈷基體中，從而形成熔化溫度在1200~1250℃范圍內(nèi)的飽和固溶體，從而阻礙了W和C在鈷基體中的溶解，晶粒生長因此而受到抑制[15]。圖1-2硬質(zhì)合金的主要性能與粘結(jié)劑含量、WC晶粒尺寸的關(guān)系[13]Fig.1-2CorrelationbetweenbindercontentandWCgrainsizewithmainpropertiesofcementedcarbides[13].雖然WC-Co系硬質(zhì)合金具有極強(qiáng)的設(shè)計(jì)靈活性，但是在實(shí)際應(yīng)用中，WC-Co硬質(zhì)合金的硬度、強(qiáng)度和耐磨性會(huì)隨著溫度的升高而急劇下降，這是由于Co粘結(jié)相在高溫下軟化而引起的[17]；其抗氧化、抗腐蝕性能及高溫性能也與鈷含量成反比[18]；同時(shí)，Co元素屬于稀缺資源，價(jià)格高昂，而且我國是一個(gè)Co資源匱乏的國家，每年都需要大量進(jìn)口鈷產(chǎn)品和鈷資源[19]，而節(jié)約資源是現(xiàn)代工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的總體要求；除此之外，工人長期吸入Co金屬顆粒會(huì)產(chǎn)生間質(zhì)性肺�。ㄓ步饘俨。恍┌l(fā)達(dá)國家已經(jīng)把鈷列為致癌物質(zhì)[20]。另外，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)具有特定或優(yōu)化特性的特殊硬質(zhì)合金材料的需求亦日益增加[21]�；谝陨显�，用其他更經(jīng)濟(jì)、毒性更小（或無毒）的材料部分或

第一章緒論5硬質(zhì)合金，平均晶粒尺寸為400nm。因此，SPS燒結(jié)技術(shù)制備WC硬質(zhì)合金可以有效控制晶粒長大，為制備超細(xì)晶及納米晶硬質(zhì)合金提供了有效途徑。圖1-3給出了不同種類WC硬質(zhì)合金的硬度-斷裂韌性關(guān)系[1,11-16,38-62]，其中綠色陰影顯示了傳統(tǒng)的WC-Co類硬質(zhì)合金性能分布廣泛[1,11-14,38,42-46]，硬度從HV10GPa到HV24GPa，斷裂韌性從5MPam1/2到21MPam1/2。另外，通過在WC-Co硬質(zhì)合金中添加GGI來制備的納米晶硬質(zhì)合金的硬度得到了提升（HV16.5~18.5GPa），但是斷裂韌性僅為10MPam1/2左右，如圖1-3紅色紅色陰影部分所示。圖1-3硬質(zhì)合金中斷裂韌性與硬度值的關(guān)系Fig.1-3RelationshipbetweenfracturetoughnessandhardnessvaluesofWCbasedhardmetals.1.2.2其他金屬類粘結(jié)劑WC硬質(zhì)合金一種理想的可替代鈷的粘結(jié)劑不僅要求與WC具有良好的潤濕性，還要避免在液相燒結(jié)過程中因W和C溶解度不高而形成碳化物和金屬間化合物，同時(shí)需具有一定延展性。早先，有人嘗試用鐵、鎳等過渡金屬替代鈷。Fe作為較為廉價(jià)的候選者，對(duì)WC中的C有高親和力，可以抑制WC晶粒的生長，但是在WC中易于形成η-相（M6C）而降低其性能。此外，它對(duì)WC的潤濕性較差，在冷卻循環(huán)過程中有形成馬氏體的傾向[47]。研究發(fā)現(xiàn)，使用Fe作為粘結(jié)劑時(shí)加入Ni、Mn、Cr、Al、Cu等合金元素，可提高對(duì)WC的潤濕性，改善硬質(zhì)合金的力學(xué)性能。Hanyaloglu等[47]采用真空燒結(jié)法制備了WC-25

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]全球鈷資源供應(yīng)現(xiàn)狀簡(jiǎn)析[J]. 李成偉,王家義.  中國資源綜合利用. 2018(07)
[2]我國硬質(zhì)合金產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J]. 胡耀斌,龐前列,彭毅萍.  超硬材料工程. 2017(04)
[3]聚晶金剛石的高溫高壓制備及其性能研究進(jìn)展[J]. 鄭艷彬,姜志剛,朱品文.  材料導(dǎo)報(bào). 2016(23)
[4]合金元素對(duì)熱壓燒結(jié)Co-WC合金組織及性能的影響[J]. 陳功武,董企銘,鄒文俊,韓平,彭進(jìn).  金剛石與磨料磨具工程. 2015(01)
[5]氣氛燒結(jié)法制備WC-Co梯度硬質(zhì)合金的研究進(jìn)展[J]. 孫衛(wèi)權(quán),原一高,王焱坤,白佳聲,車俊華.  硬質(zhì)合金. 2014(06)
[6]放電等離子技術(shù)快速燒結(jié)納米WC-10%Co-0.8%VC硬質(zhì)合金[J]. 趙海鋒,朱麗慧,黃清偉.  稀有金屬材料與工程. 2005(01)
[7]納米復(fù)合WC-Co粉末的熱壓燒結(jié)[J]. 余曉華,邵剛勤,段興龍,謝濟(jì)仁.  硅酸鹽通報(bào). 2004(02)

博士論文
[1]納米晶WC-Co硬質(zhì)合金的微結(jié)構(gòu)與性能研究[D]. 高楊.北京工業(yè)大學(xué) 2014

碩士論文
[1]WC-Ni3Al-（Co）硬質(zhì)合金的微觀結(jié)構(gòu)及性能研究[D]. 張凱.中南大學(xué) 2014
[2]WC-Ni3Al復(fù)合材料的力學(xué)性能及其抗氧化和耐腐蝕性能的研究[D]. 陳健.華南理工大學(xué) 2013
[3]超細(xì)晶WC-Co及WC-Ni3Al硬質(zhì)合金的制備與性能研究[D]. 申婷婷.中南大學(xué) 2013



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