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稀土改性Co包覆WC粉末制备及SPS烧结研究

作　者: 方强
导　师: 王铀
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: 放电等离子体烧结稀土改性硬质合金
分类号: TB383.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文首次将工业中钴粉的制备方法用于WC-Co复合粉末的制备,把制造硬质合金过程中钴粉的制备和粉末的混合两步简化成一步,同时用联氨催化分解在WC-Co粉中沉积稀土。采用有限元模拟确定烧结温度,对这种方法制备的粉末与机械混合的粉末进行了放电等离子体烧结,最后对烧结试样进行了分析测试。试验了复合粉末制备的化学镀和简化的化学包覆方法,用一种成熟的纳米钴粉制备技术在WC颗粒表面包覆金属Co,相对于化学镀,简化方法不需要加入大量的络合剂,并且工艺简单,可以大大提高生产效率,具有很高的应用价值。试验了稀土添加的联氨分解法和尿素分解法,用联氨催化分解在WC-Co粉中沉积稀土,稀土的分布更加均匀,相对尿素分解形成碱性环境,本法可以防止金属Co在溶液中的腐蚀,得到的粉末纯度更高。对醇水体系的反应机理进行了理论和实验分析,结果表明WC表面具有催化活性,这使得均匀包覆成为可能;乙醇可以抑制钴离子与水分子结合,从而使反应容易发生;N2H4在还原钴离子时,除了作还原剂,还能和这些金属离子有一定程度的配合,这可以防止沉淀的产生,有利于它和金属离子之间的电子流动。热电耦合有限元模拟结果表明,试样中心的温度稍高于试样边缘,试样厚度方向温度梯度相对较小。并且还发现,烧结系统中温度最高点大部分时间都在压头内接近烧结粉末的区域。对于WC-10Co复合粉末,整个试样各个部分的温度差不超过50℃。分析测试结果表明在WC颗粒表面包覆金属Co相对于机械混合方法,可以同时提高硬质合金的硬度和韧性,稀土改性剂能够有效改善粉末的烧结性能及硬质合金的力学性能,明显降低摩擦系数,促进粉末的致密化并降低烧结能量消耗。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-9
第1章绪论  9-24
  1.1 引言  9-10
  1.2 超细Co 粉制备方法  10-12
    1.2.1 加压氢还原法  10-11
    1.2.2 联氨还原法  11
    1.2.3 微乳液法  11-12
    1.2.4 多元醇还原法  12
  1.3 WC 粉体化学镀Co  12-14
  1.4 烧结方法  14-17
    1.4.1 热等静压  14
    1.4.2 放电等离子烧结  14-17
    1.4.3 微波烧结  17
  1.5 硬质合金常用改性方法  17-22
    1.5.1 稀土元素  18-19
    1.5.2 稀土添加方式及粉体制备方法  19-22
  1.6 研究目的及意义  22
  1.7 论文的主要研究内容  22-24
第2章实验材料与方法  24-31
  2.1 实验材料  24
  2.2 试验用主要仪器设备  24-25
  2.3 研究方案  25-31
    2.3.1 混合料的制备  25-26
    2.3.2 粉末烧结  26
    2.3.3 性能测试  26-28
    2.3.4 材料组织结构分析  28-31
第3章 WC/Co复合粉体制备及表征  31-47
  3.1 水体系化学镀  31-34
    3.1.1 WC 粉预处理  31
    3.1.2 敏化、活化  31-34
  3.2 水体系化学镀粉末XRD 和XPS 分析  34-35
  3.3 醇水体系化学镀  35-37
  3.4 醇水体系化学镀粉末的XRD 与XPS 分析  37-38
  3.5 反应电化学分析  38-42
    3.5.1 不考虑配位反应时的电化学分析  38-39
    3.5.2 形成配合物时的电化学分析  39-40
    3.5.3 实际体系的电化学分析  40-41
    3.5.4 醇水体系施镀参数对镀层增重影响规律研究  41-42
  3.6 粉末的稀土改性  42
  3.7 粉末的形貌观察及EDS 分析  42-45
  3.8 本章小结  45-47
第4章 SPS烧结及其数值模拟  47-57
  4.1 数值模拟  47-51
    4.1.1 模型的建立  48
    4.1.2 初始条件和边界条件的确定  48-49
    4.1.3 模拟结果  49-51
  4.2 烧结工艺的确定  51
  4.3 实际烧结过程  51-55
  4.4 本章小结  55-57
第5章烧结试样的性能表征  57-73
  5.1 致密度  57
  5.2 硬度和断裂韧性  57-59
  5.3 摩擦磨损性能  59-64
  5.4 微观组织观察与组织成分分析  64-72
    5.4.1 SEM  64-66
    5.4.2 EDS 分析  66-72
  5.5 本章小结  72-73
结论  73-74
参考文献  74-80
致谢  80

稀土改性Co包覆WC粉末制备及SPS烧结研究

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