纳米及超细硬质合金晶粒的控制

纳米及超细硬质合金晶粒的控制

纳米及超细硬质合金的致密化是材料研究的重点和难点。烧结是决定硬质合金结构与性能的关键工序。纳米及超细硬质合金由于粉末细,活性高,与普通硬质合金相比,在烧结致密化过程中呈现出一些不同的特性。

株洲三鑫硬质合金生产有限公司总结出,纳米及超细硬质合金粉末在烧结过程中晶粒长大异常,达到同一致密度时所需的烧结温度低,达到最大收缩率的温度随粉末粒度的减小而降低。纳米及超细硬质合金粉末致密化开始的时间早,达到完全致密化所需的时间短。 制取纳米及超细硬质合金所用的WC(碳化钨) 粉末粒度细,表面活性高,在烧结过程中极易长大。超细WC-Co 合金晶粒长大的驱动力来自于粉末颗粒比表面积的减小。控制合金中的WC 晶粒的长大时生产超细硬质合金的关键技术。

目前控制硬质合金中WC 晶粒长大一般通过两种途径来实现:一是改进烧结方式,如烧结热等静压(SHIP)等,使液态Co 相流动更加充分,分布更加均匀,适当降低烧结温度和缩短烧结时间,从而控制WC 晶粒的长大;二是在WC-Co 粉末中添加晶粒长大抑制剂,通过对烧结过程中晶粒长大的有效抑制来制取超细晶粒硬质合金。 硬质合金中WC 晶粒长大可分为连续式长大(或称均匀长大) 和非连续性长大(不均匀长大或异常长大两种) 。在液相烧结过程中,细颗粒WC 优先溶解于液相中,一定温度下达到溶解-析出过程的动态平

衡,液相处于饱和状态,一部分W 、C 原子迁移到大颗粒WC 周围,在大颗粒WC 表面析出,使之长大。关于纳米及超细硬质合金晶粒的控制长大的抑制机理,比较有代表性的为:

1. 溶解度说:抑制剂优先溶解于液相Co 中,使WC 在液相Co 中的溶解度大幅度降低,溶解-析出的WC 数量减少,从而抑制WC 通过液相的重结晶长大。

2. 吸附说:晶粒长大抑制剂吸附在WC 颗粒的表面,使WC 的表面能降低,减小晶粒长大的驱动力,降低WC 在液相中的溶解速度和溶解数量。

3. 偏聚说:抑制剂沿WC/WC界面偏聚,阻碍了WC 界面的迁移,使WC 晶粒长大受到抑制。

纳米及超细硬质合金晶粒的控制

纳米及超细硬质合金的致密化是材料研究的重点和难点。烧结是决定硬质合金结构与性能的关键工序。纳米及超细硬质合金由于粉末细,活性高,与普通硬质合金相比,在烧结致密化过程中呈现出一些不同的特性。

株洲三鑫硬质合金生产有限公司总结出,纳米及超细硬质合金粉末在烧结过程中晶粒长大异常,达到同一致密度时所需的烧结温度低,达到最大收缩率的温度随粉末粒度的减小而降低。纳米及超细硬质合金粉末致密化开始的时间早,达到完全致密化所需的时间短。 制取纳米及超细硬质合金所用的WC(碳化钨) 粉末粒度细,表面活性高,在烧结过程中极易长大。超细WC-Co 合金晶粒长大的驱动力来自于粉末颗粒比表面积的减小。控制合金中的WC 晶粒的长大时生产超细硬质合金的关键技术。

目前控制硬质合金中WC 晶粒长大一般通过两种途径来实现:一是改进烧结方式,如烧结热等静压(SHIP)等,使液态Co 相流动更加充分,分布更加均匀,适当降低烧结温度和缩短烧结时间,从而控制WC 晶粒的长大;二是在WC-Co 粉末中添加晶粒长大抑制剂,通过对烧结过程中晶粒长大的有效抑制来制取超细晶粒硬质合金。 硬质合金中WC 晶粒长大可分为连续式长大(或称均匀长大) 和非连续性长大(不均匀长大或异常长大两种) 。在液相烧结过程中,细颗粒WC 优先溶解于液相中,一定温度下达到溶解-析出过程的动态平

衡,液相处于饱和状态,一部分W 、C 原子迁移到大颗粒WC 周围,在大颗粒WC 表面析出,使之长大。关于纳米及超细硬质合金晶粒的控制长大的抑制机理,比较有代表性的为:

1. 溶解度说:抑制剂优先溶解于液相Co 中,使WC 在液相Co 中的溶解度大幅度降低,溶解-析出的WC 数量减少,从而抑制WC 通过液相的重结晶长大。

2. 吸附说:晶粒长大抑制剂吸附在WC 颗粒的表面,使WC 的表面能降低,减小晶粒长大的驱动力,降低WC 在液相中的溶解速度和溶解数量。

3. 偏聚说:抑制剂沿WC/WC界面偏聚,阻碍了WC 界面的迁移,使WC 晶粒长大受到抑制。


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