热机械合金化制备碳化钨硬质合金研究

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1、热机械合金化制备碳化钨硬质合金研究缪伟民(材料学)鲁玉祥(副教授)摘要机械合金化方法可以制备出反应活性较高的超细w-c粉末，在随后的加热反应过程中容易得到细晶的wc硬质合金，从而大大提高其力学性能。本文采用差热分析(DTA)、x射线衍射(XRD)、扫描电镜观察(SEM)和力学性能测试方法探索了w．C高能球磨过程及其对随后热过程中w．C热反应温度和反应激活能的影响规律，同时对WC．Co硬质合金的热机械合金化工艺、组织、性能及失效机制进行了研究。研究表明：在高能球磨磨球的作用下，W、C不断撞击、碎化，强制形成具有较高晶格畸变能的W(C)固溶体，在合适的条件下

2、WC形核，并团聚长大。w．c粉末体系经过10tl的球磨过程后，w与c的热反应温度从1400。C左右降低至1020"C，反应激活能降低了22．7％左右。W-C-M体系在气体保护烧结(GPS)和放电等离子烧结(SPS)两种反应条件下的合成机理均为扩散机制，采用GPS工艺很难得到完全合成的WC合金，而采用SPS工艺可得到完全合成的WC合金。SPS热反应合成的WC．Co硬质合金组织呈长径比约为5：1的短棒状，晶粒长度为2～31zrn。延长球磨时间或升高SPS热反应温度均能提高反应物的反应活性，从而促进中间产物向WC转变，并使组织均匀、致密。随着球磨时间的延长或热

3、反应温度的升高，WC—Co合金的密度、硬度、抗弯强度、耐磨性能均逐渐提高。热机械合金化合成的WC—Co硬质合金比传统方法制备的同类WC合金具有更高的强度，其机理是：热机械合金化合成的WC合金具有交替排列的短棒状组织，在三点弯曲试验中，微裂纹萌生于WC／WC晶界位置，受到交错排列的短棒状晶粒的阻碍，裂纹扩展以短棒状晶粒的拔出方式进行，极大地消耗了裂纹扩展的能量，从而提高了弯曲强度；合成试样的摩擦磨损过程以犁沟磨损和WC颗粒的剥落为主要特征。热机械合金化制备的WC．Co硬质合金在钻井钻头、刀具领域具有广阔的应用前景。关键词：热机械合金化，碳化钨，硬质合金，原

4、位合成StudyonPreparationofWCCementedCarbidesbyThermalMechanicalAlloying~ⅡAOWbi—min(MaterialsScience)DirectedbyAssociateProfessorLUYu-xiangAbstractUltraflneW-Cpowderswithllighreactiveactivitycallbefabricatedbyllighenergyballmilling．thusWCcementedcarbideswithfmegrainsizesandhighproper

5、tiescallbeeasilyobtainedthroughin—situsynthesisduringthefollowingheatingprocess．TheballmillingprocessofW-Canditseffectonreactivetemperatureandreactiveactivationenergyarestudiedbydifferentialthermalanalysis(DTA)，x—raydiffraction(Xmg)，scanningelectronmicroscopy(SEM)andpropertytestm

6、ethods．AttheSalTletime，TMAparameters，microstructures，propertiesandfailuremechanismsarealsostudied．Duringthehighenergyballmilling，WandCparticlesareimpactedandfmedcontinuously,thenW(C)solidsolutions、vitllgreatcrystallatticedistortionareformedandWCnucleateandgrowup．Thereactivetemper

7、atureofW-Cpowdersballmilledfor10hoursdecreasesfrom1400。Cto1020℃andthereactiveactivationenergydecreasesby22．7％．W-C—Msynthesismechanismsofthegasprotectsintering(GPS)andsparkplasmasintering(SPS)arethegradualdiffusionbetweenatoms，thusit’sdifficulttoobtaintotallysynthesizedWCcementedc

8、arbides．Itisshownthatthemicrostructureof