本文關(guān)鍵詞：多壁碳納米管增強(qiáng)WC-10Co硬質(zhì)合金性能的研究

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【摘要】：隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,工業(yè)產(chǎn)品不斷的升級(jí),各領(lǐng)域的工業(yè)產(chǎn)品對(duì)材料性能的要求越來(lái)越高,各種優(yōu)質(zhì)的、高性能的材料被研發(fā)出來(lái)并得到廣泛應(yīng)用,然而同時(shí)伴隨著的是材料的加工難度變得越來(lái)越大,對(duì)加工工具性能的要求也越來(lái)越高。硬質(zhì)合金作為工業(yè)的牙齒,在工業(yè)生產(chǎn)和加工的眾多領(lǐng)域起著非常重要的作用,尤其在現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)快速發(fā)展的形勢(shì)下,硬質(zhì)合金在刀具、模具、切削工具和耐磨零部件等領(lǐng)域的應(yīng)用顯得尤為重要。但是傳統(tǒng)硬質(zhì)合金硬度和韌性相互矛盾而不能兼顧的特性,使其應(yīng)用受到很大的限制。因此本文選用多壁碳納米管為硬質(zhì)合金增強(qiáng)相,通過(guò)真空燒結(jié)工藝,制備出具有優(yōu)異力學(xué)性能的硬質(zhì)合金產(chǎn)品。研究了真空2800℃高溫下石墨化處理對(duì)碳納米管的影響,同時(shí)對(duì)石墨化前、后的多壁碳納米管在無(wú)水乙醇中的分散性進(jìn)行了研究,通過(guò)超聲振蕩和高速剪切相互配合的分散工藝,探究在添加不同比例的碳納米管醇分散劑TNADIS的情況下,碳納米管的分散情況。分析了石墨化和不同分散劑含量的情況下對(duì)碳納米管分散性的影響。研究了MWCNTs和金屬W粉混合后真空1400℃下的反應(yīng),研究反應(yīng)前后混合料的XRD圖譜和SEM及TEM圖片,得出了在此條件下MWCNTs和金屬W粉之間的反應(yīng)機(jī)理。研究了通過(guò)物理?yè)诫s的方式將MWCNTs在混料階段加入到硬質(zhì)合金混合料中,應(yīng)用真空燒結(jié)工藝制備摻有MWCNTs的硬質(zhì)合金產(chǎn)品。研究不同MWCNTs摻雜比例下,MWCNTs在硬質(zhì)合金中的分散情況,以及在各個(gè)MWCNTs比例下硬質(zhì)合金所顯示出的性能。研究結(jié)果表明:(1)高溫石墨化處理的碳納米管的純度大幅提高,碳納米管上的碳原子呈晶態(tài)排列,降低了碳納米管管壁上的缺陷,改善碳納米管的晶態(tài)結(jié)構(gòu),碳納米管的結(jié)晶度達(dá)到89.6%。G-MWCNTs分散效果不如R-MWCNTs,分散劑添加到0.05wt.%時(shí)MWCNTs分散的最優(yōu),之后分散效果變差。(2)經(jīng)過(guò)在真空爐中1400℃高溫處理后,MWCNTs的C-C鍵在反應(yīng)中斷裂,MWCNTs發(fā)生分解,碳原子擴(kuò)散進(jìn)入金屬鎢基體中形成間充型碳化物WC和W2C。碳納米管的團(tuán)聚會(huì)使團(tuán)聚體內(nèi)部的MWCNTs不能參與碳化反應(yīng),但是極其細(xì)小的金屬鎢粉在球磨混料過(guò)程中進(jìn)入到碳納米管團(tuán)聚體內(nèi),并在碳化后依然吸附在MWCNTs表面。(3)在通過(guò)物理?yè)诫s方式制備MWCNTs增強(qiáng)的硬質(zhì)合金階段,一維納米尺度的MWCNTs與WC-10Co硬質(zhì)合金粉料混合燒結(jié)后,分布于WC晶粒之間,抑制WC晶粒長(zhǎng)大,使晶粒細(xì)化,同時(shí)協(xié)同纖維拔出、纖維橋接以及引導(dǎo)裂紋彎曲、偏轉(zhuǎn)等機(jī)制增強(qiáng)硬質(zhì)合金的強(qiáng)度。經(jīng)過(guò)對(duì)硬質(zhì)合金性能檢測(cè)得出,摻雜0.3%MWCNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硬質(zhì)合金的矯頑磁力最大達(dá)17050A/m,比未添加MWCNTs的硬質(zhì)合金高出3.6%;且橫向斷裂強(qiáng)度也達(dá)到了最大值1875MPa,比未添加MWCNTs的WC-10Co硬質(zhì)合金高出7.6%;硬質(zhì)合金的硬度的變化比較平穩(wěn),在添加0.1%到0.3%時(shí)硬度只有輕微的下降,在添加0.7%的MWCNTs時(shí)相對(duì)于添加MWCNTs的硬質(zhì)合金硬度下降了1.8%,但是沖擊韌性增高顯著,在MWCNTs摻雜量為0.3%時(shí)沖擊韌性達(dá)到最大為7.19J/cm2,相較于未添加MWCNTs的硬質(zhì)合金,沖擊韌性提高了13.05%。本研究所制備的MWCNTs分散液具有很好的分散性,通過(guò)摻雜法制得的硬質(zhì)合金的性能得到改善,所制備的硬質(zhì)合金表現(xiàn)出良好的綜合性能。
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG135.5

【參考文獻(xiàn)】

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