稀土改性Co包覆WC粉末制备及SPS烧结研究

论文摘要

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。

论文目录

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