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1、熱機(jī)械合金化制備碳化鎢硬質(zhì)合金研究繆偉民(材料學(xué))魯玉祥(副教授)摘要機(jī)械合金化方法可以制備出反應(yīng)活性較高的超細(xì)w-c粉末，在隨后的加熱反應(yīng)過程中容易得到細(xì)晶的wc硬質(zhì)合金，從而大大提高其力學(xué)性能。本文采用差熱分析(DTA)、x射線衍射(XRD)、掃描電鏡觀察(SEM)和力學(xué)性能測(cè)試方法探索了w．C高能球磨過程及其對(duì)隨后熱過程中w．C熱反應(yīng)溫度和反應(yīng)激活能的影響規(guī)律，同時(shí)對(duì)WC．Co硬質(zhì)合金的熱機(jī)械合金化工藝、組織、性能及失效機(jī)制進(jìn)行了研究。研究表明：在高能球磨磨球的作用下，W、C不斷撞擊、碎化，強(qiáng)制形成具有較高晶格畸變能的W(C)固溶體，在合適的條件下
2、WC形核，并團(tuán)聚長(zhǎng)大。w．c粉末體系經(jīng)過10tl的球磨過程后，w與c的熱反應(yīng)溫度從1400。C左右降低至1020"C，反應(yīng)激活能降低了22．7％左右。W-C-M體系在氣體保護(hù)燒結(jié)(GPS)和放電等離子燒結(jié)(SPS)兩種反應(yīng)條件下的合成機(jī)理均為擴(kuò)散機(jī)制，采用GPS工藝很難得到完全合成的WC合金，而采用SPS工藝可得到完全合成的WC合金。SPS熱反應(yīng)合成的WC．Co硬質(zhì)合金組織呈長(zhǎng)徑比約為5：1的短棒狀，晶粒長(zhǎng)度為2～31zrn。延長(zhǎng)球磨時(shí)間或升高SPS熱反應(yīng)溫度均能提高反應(yīng)物的反應(yīng)活性，從而促進(jìn)中間產(chǎn)物向WC轉(zhuǎn)變，并使組織均勻、致密。隨著球磨時(shí)間的延長(zhǎng)或熱
3、反應(yīng)溫度的升高，WC—Co合金的密度、硬度、抗彎強(qiáng)度、耐磨性能均逐漸提高。熱機(jī)械合金化合成的WC—Co硬質(zhì)合金比傳統(tǒng)方法制備的同類WC合金具有更高的強(qiáng)度，其機(jī)理是：熱機(jī)械合金化合成的WC合金具有交替排列的短棒狀組織，在三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)中，微裂紋萌生于WC／WC晶界位置，受到交錯(cuò)排列的短棒狀晶粒的阻礙，裂紋擴(kuò)展以短棒狀晶粒的拔出方式進(jìn)行，極大地消耗了裂紋擴(kuò)展的能量，從而提高了彎曲強(qiáng)度；合成試樣的摩擦磨損過程以犁溝磨損和WC顆粒的剝落為主要特征。熱機(jī)械合金化制備的WC．Co硬質(zhì)合金在鉆井鉆頭、刀具領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：熱機(jī)械合金化，碳化鎢，硬質(zhì)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
