耐腐蚀硬质合金的性能与选用

耐腐蚀硬质合金的性能与选用硬质合金以其高硬度及高耐磨性早已在工程材料中占有重要地位。随着现代工业技术的飞速发展,人们对它提出了更高的性能要求,尤其对于使用过程中存在腐蚀介质的特殊环境,由于腐蚀的作用,合金的磨损机制变得复杂,磨损加剧。典型的实例是选用...     

耐磨耐腐蚀的硬质合金

耐磨耐腐蚀的硬质合金@李惠萍     

Ni含量对WC-Co-Ni硬质合金的力学性能和耐腐蚀性能的影响

以WC、Co和Ni为原料,采用粉末冶金法制备不同镍钴比的硬质合金试样,研究了试样的微观组织,分析了试样的硬度、耐磨系数、抗弯强度和断裂韧性等力学性能,并通过电化学实验探究其耐腐蚀性能。结果表明,随着Ni含量的增加,WC-Co-Ni硬质合金的硬度、耐磨系数及抗弯强度均持续降低,断裂韧性先增加后降低。成分为WC-10%Co、WC-9%Co-1%Ni和WC-7%Co-3%Ni的三组试样的微观晶粒组织较为均匀细小,而其余试样微观晶粒组织粗大。通过在pH=7的3.5%NaCl溶液中的电化学实验可知,随着Ni含量的增加,WC-Co-Ni硬质合金试样的耐腐蚀性能增强。WC-7%Co-3%Ni合金试样的综合力学性能最佳,同时考虑到试样的耐腐蚀性能,优化配方后的合金可以更好地提高盾构刀具的工作寿命。     

烧结方法对WC-Co硬质合金性能的影响

以原位还原碳化反应法制备的超细WC-Co复合粉为原料,分别采用放电等离子烧结、低压烧结和真空烧结工艺获得块体硬质合金,系统研究烧结方法对合金的显微组织、密度及力学性能的影响。结果表明:放电等离子烧结的合金中,主相为WC和Co,有少量η相(Co6W6C),低压烧结和真空烧结获得的合金中物相为WC和Co;所用3种不同的烧结方法均能获得细晶块体硬质合金,其中放电等离子烧结的晶粒最细为0.35μm;低压烧结合金具有优异的综合性能,HV30为15 121 MPa,断裂韧性为13.6 MPa.m1/2,横向断裂强度为4 210 MPa。     

耐磨耐腐蚀的硬质合金

目前普遍使用的YG硬质合金材料存在耐腐蚀性能差和成本高等问题。日本一家公司研制成一种新型的硬质合金，它与YG硬质合金相比，具有耐蚀性能好、成本低以及耐磨性强等优点。新型硬质合金的主要成分为碳化钨，含有2．5％的镍、0．5％的铬、1％的钼、0．5％的钴。     

WC-Co硬质合金制备中铝元素对钨产品的影响

在仲钨酸铵(ammonium paratungstate,APT)中添加一定量的Al(NO_3)_3·9H_2O,制得Al含量(质量分数)为1.0%的APT-Al复合粉末。经煅烧、还原、碳化和液相烧结,分别得到含Al的W粉、WC粉及WC-Co硬质合金等钨产品。通过X线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)对W及WC粉的形貌及结构进行分析,并分析Al元素在几种钨产品中的分布,研究WC-Co硬质合金制备过程中Al元素的相演变情况,以及Al元素对各阶段钨产品组织形貌与结构的影响。结果表明:在WC-Co硬质合金的制备过程中,Al元素经历Al_2(WO_4)_3—AlWO_4—Al_4C_3的相演变。Al_2(WO_4)_3和AlWO_4阻碍W颗粒通过"挥发-沉积"机制而长大,导致钨粉细化;Al_4C_3颗粒分布于WC颗粒之间,并阻碍细小WC颗粒通过晶界迁移而长大;WC-Co硬质合金中的Al元素主要分布在Co粘结相中以及细小WC颗粒聚集处,使得合金的致密度、硬度和断裂韧性都降低。     

抑制剂对超细WC-Co硬质合金性能的影响

采用高能球磨、真空烧结工艺制备超细WC-Co硬质合金。研究了抑制剂的预磨时间对WC-10Co硬质合金粒度及烧结试样性能的影响。对比了相同抑制剂配比对Co含量不同的硬质合金性能的影响以及稀土对硬质合金性能的影响。结果表明:通过对晶粒长大抑制剂的预磨,其粒度明显细化。加入预磨时间为120 h的抑制剂,WC-10Co硬质合金的平均粒度为0.3μm,硬度达到92.1 HRA。相同抑制剂配比的硬质合金,硬度和致密度随Co含量的降低而增大。稀土氧化物Y2O3的加入,有利于改善硬质合金的性能。     

WC-Co硬质合金的Co相结构

采用X射线衍射分析WC-Co硬质合金的Co相结构时,WC相对Co相的衍射峰有强烈的掩盖作用,因此本文采取先经电解腐蚀去除合金表面适量的WC后再用X射线衍射,分析常见牌号硬质合金的Co相组成。结果表明:电解腐蚀可以有效地去除硬质合金表面的WC晶粒,从而减少X射线衍射时WC相对Co相衍射峰的掩盖作用;与相关文献报道不同,常见牌号硬质合金的Co相结构基本上全部为面心立方结构;常规的金相样品制备过程会引起Co相晶型结构由fcc结构向hcp结构转变。     

WC-Co硬质合金在水中的腐蚀行为

通过研究WC-10%Co硬质合金棒材在含水条件下的储存,发现常温下在含水条件下存放1～2周后的精磨棒表面会产生由于水的腐蚀而形成的黄色"锈斑"。通过对腐蚀棒材的SEM及EDS分析,发现棒材表面存在的黄色"锈斑"为致密的富钴氧化层。不仅如此,通过对精磨去除表面氧化层的棒材的分析,发现精磨棒表面仍存在着一些"不见光"的无钴缺陷区,这些缺陷区在棒材表面随机分布,其厚度约为14μm。分析结果表明,常温下,水不仅具有腐蚀硬质合金的性能,同时还具有浸出Co的能力,能够将硬质合金表面一定厚度(约20μm)内的粘结相浸出,造成硬质合金表面显现出宏观无钴区缺陷。此外,探讨了水对硬质合金中Co的电化学腐蚀和浸出机理。     

SiC添加量对WC-Co硬质合金微观结构和性能的影响

SiC作为陶瓷复合材料增韧相能够大大提高陶瓷复合材料的机械性能,使得SiC在陶瓷刀具的应用得到了充分的研究与长足的发展。为了研究纳米SiC添加量对WC-Co合金微观结构、力学性能和切削加工性能的影响,本研究根据控制变量法,设置SiC添加量为0%、0.5%、1.0%、1.5%和2%(质量分数,下同)5个试验组,通过粉末烧结将其烧结成块并进行SEM测试以及机械性能测试,再将5个试验组的粉末制成同一型号的刀具进行切削试验。结果表明,SiC对合金中WC硬质相晶粒生长具有一定的抑制效果,但过量的SiC易导致硬质合金中Co池的出现。当SiC添加量为1.0%时,硬质合金的硬度和断裂韧性均达到最高值,分别为92.1HRA、1576HV₃₀和10.2MPa·m^1/2。使用含SiC硬质合金刀具对GH4169高温合金进行切削试验,结果表明,当SiC添加量为1.0%时,后刀面磨损量最小,约为0.16mm,当SiC添加量为2.0%时,后刀面磨损加大,为0.37mm。     

WC-Co硬质合金注射成形制品中碳含量控制的研究现状

碳含量控制是WC-Co硬质合金注射成形技术(CCIM)的难点之一。作者分析了碳含量对WC-Co硬质合金注射成形制品的相组成、力学性能、尺寸精度的影响,指出引起碳含量变化的各注射成形工艺步骤和内在机理,讨论了精确控制碳含量的有效措施。     

盘状WC晶粒硬质合金研究进展

盘状WC晶粒硬质合金是一种新近发展起来的具有比普通硬质合金性能更为优异的新型合金，本文综述了该合金的研究现状，详细介绍了它的制备方法和力学性能，解释了盘状WC晶粒的形成机理，列举了其具体的应用概况。     

碳含量对WC-9Ni-1Cr细晶硬质合金组织结构及性能的影响

通过添加W粉或C粉调整WC原料粉末的总碳含量(质量分数)为6.04%~6.16%,采用低压烧结法制备WC-9Ni-1Cr细晶硬质合金。采用光学金相显微镜、X射线衍射、扫描电镜等,研究碳含量对WC-9Ni-1Cr细晶硬质合金组织结构及性能的影响。结果表明:在WC-Ni系合金中添加适量的Cr元素,得到无磁WC-Ni硬质合金,并且其无磁特性不随合金中碳含量的变化而发生转变。WC粉末的总碳含量为6.04%~6.16%时WC-9Ni-1Cr细晶硬质合金为二相区的正常组织,只存在WC相和Ni相,没有石墨夹杂或η相;而且在此二相区范围内WC的碳含量变化对WC-9Ni-1Cr细晶硬质合金的耐腐蚀性没有明显影响。随WC粉末的碳含量增加,合金硬度(HRA)与密度都逐渐降低,但降低幅度较小,而合金的抗弯强度逐渐提高。碳含量由6.04%增加至6.16%时,抗弯强度由2 250 MPa提高到2 850 MPa,提高26.6%。     

TiN和TiAlN涂层硬质合金的氧化和切削性能

采用阴极弧蒸发涂层工艺在硬质合金基体上分别沉积TiN和TiAlN涂层。利用XRD、SEM和显微硬度计分析2种涂层硬质合金氧化前后的物相组成、组织形貌和显微硬度,并对2种涂层硬质合金刀片进行切削性能测试。研究结果表明:2种涂层硬质合金在不同温度氧化一定时间后出现边缘开裂,基体氧化物鼓出。TiAlN涂层硬质合金抗氧化性能优于TiN涂层硬质合金。2种涂层硬质合金的显微硬度随着氧化时间增加而减小。由于TiAlN涂层硬质合金具有良好的抗氧化性,所以随着切削速度提高,表现出更好的切削性能。     

TiN涂层硬质合金在空气中的氧化行为

采用阴极弧蒸发技术沉积TiN涂层硬质合金,利用XRD、SEM和显微硬度计分析TiN涂层硬质合金氧化前后的物相组成、组织形貌和显微硬度的变化,并对其700℃和800℃抗氧化性能进行测试。研究结果表明:TiN涂层硬质合金氧化后出现边缘开裂,生成大量的氧化物;TiN涂层硬质合金的显微硬度在氧化过程中随着氧化温度的提高和氧化时间的延长不断降低。TiN涂层硬质合金氧化破损过程为局部不均匀氧化,O2通过氧化层或缺陷进入基体,造成基体氧化,体积发生膨胀,边缘处涂层应力集中,发生开裂,进而使基体发生氧化。     

碳含量对脱β层硬质合金组织和性能的影响

本文通过一步烧结法制备了三种不同含碳量的WC-Ti(C,N)-(Ti,W)C-(Ta,Nb)C-Co脱β层硬质合金,通过扫描电镜(SEM),电子探针微区分析仪(EPMA)分析合金的微观组织和成分分布,以及测定维氏硬度HV30,断裂韧性KIC等性能指标,研究碳含量对其微观组织和物理力学性能的影响,研究结果表明:在三个合金的表层均形成了缺Ti,Ta,Nb的立方相,而富Co粘结相的脱β层。微量的C含量变化对合金的组织和性能产生重要的影响,合金的脱β层厚度和WC的平均晶粒度均随着C含量的增加而增大。随着碳含量的增加,维氏硬度HV30降低,断裂韧性KIC增加。     

加快技术创新步伐 迎接未来挑战——对我国硬质合金行业未来发展的思考

介绍了技术创新的基本概念 ,分析、说明了重视人才与人才培养、加强横向联合与企业自身的研发技术、加强基础研究对推动企业技术创新的重要性。指出近年来由于我国硬质合金行业发展迅速 ,加入世贸组织后 ,中国将有希望成为硬质合金的国际加工中心。因此 ,我国的硬质合金行业要抓住机遇 ,充分吸收国外的资金和先进的管理方式 ,加快技术创新步伐 ,走高效发展之路。只有这样 ,我国硬质合金行业才能形成不但具有资源优势 ,而且具有技术优势的产业     

真空烧结温度对WC-TiC-TaC-Co硬质合金组织和性能的影响

采用高能球磨、真空烧结工艺制备WC-13(TiC+TaC)-8Co-1(VC+Cr3C2)硬质合金,研究了不同烧结温度对WC-TiC-TaC-Co硬质合金微观组织、力学性能和磁性能的影响。结果表明,提高烧结温度有利于提高合金的致密度,但是过高的烧结温度会导致晶粒长大,使合金致密度下降;合金的硬度、抗弯强度和矫顽力随着真空烧结温度的提高先增大后减小;相对磁饱和强度随着烧结温度的升高呈现下降的趋势;1 400℃烧结的合金综合性能较好,合金的相对密度99.6%、抗弯强度1 992 MPa,硬度92.3 HRA,矫顽力34.3 k A/m,相对磁饱和强度为76.5%。     

梯度硬质合金结构与性能的关系

采用真空烧结-渗碳处理工艺制备了梯度结构硬质合金,通过力学性能测试、物理性能测试和光学显微分析研究了渗碳处理前的真空烧结工艺和渗碳处理时间对合金抗弯强度、冲击韧性、密度、矫顽磁力以及表层双相区厚度的影响。结果表明:在渗碳的开始阶段,合金的抗弯强度、冲击韧性以及表面硬度均随渗碳时间的延长而增大;继续延长渗碳时间,合金的力学性能开始下降;合理控制渗碳时间以便得到适当厚度的WC+Co两相区是获得高性能梯度结构硬质合金的关键因素之一;在渗碳过程中,合金的矫顽磁力和密度随渗碳时间的增加而下降,表层WC+Co两相区的厚度随渗碳时间的增加而增加。     

Influence of the microstructure on corrosion induced damage of WC-Co cemented carbides

ABSTRACT

The main goal of the present work is to study the influence of the microstructure on the corrosion behavior of cemented carbides WC-Co in two corrosive media. Corrosion kinetics were determined by immersion tests while the electrochemical evolution of the Surface was analyzed using impedance testing. Damage tolerance to corrosion was evaluated by assessing fracture strength on specimens previously subjected to corrosion. Results pointed out that for both grades the corrosion rate was higher in seawater, being more significant for the grade with a medium grain size. The corrosion phenomenon that took place in both media was caused by the oxidation reaction of cobalt. In seawater, the polarization resistance decreased for both grades whereas in mine water increased, due to the formation of a layer of corrosion products, which slowed down the cobalt dissolution process in Surface. In both media, a greater strength loss of the ultrafine grades was evidenced.