添加剂对超粗晶及特粗晶硬质合金耐腐蚀性能的影响

论文摘要

超粗晶、特粗晶硬质合金是指合金中WC晶粒度为5.0～7.9μm、8.0～14μm的硬质合金。超粗晶、特粗晶硬质合金应用于极端工况条件下,其服役环境严苛,合金若与腐蚀介质接触并发生腐蚀,腐蚀和磨蚀结合起来会加速合金的失效,缩短合金的使用寿命。超粗晶、特粗晶硬质合金耐腐性能改善方法的研究是合金质量改进的一个重要部分,其耐腐蚀性能应受到足够的重视。研究了WC-8.4Co、WC-8.4Co-0.4Cr3C2、WC-8.4Co-0.4VC. WC-8.4Co-0.4TaC、WC-8.4Co-0.7Cr3C2、WC-8.4Co-0.7Mo2C、 WC-8.4Co-0.4Cr3C2-0.05RE以及WC-8.4Co-0.4VC-0.05RE（RE为混合稀土）等八组超粗晶、特粗晶硬质合金的耐腐蚀性能。采用电化学方法（包括Tafel曲线和电化学阻抗谱）研究了八组合金在pH=1的H2SO4溶液、pH=7的Na2SO4溶液以及pH=13的NaOH溶液等三种腐蚀溶液中的电化学腐蚀行为,同时研究了合金在700℃下连续氧化16h的氧化行为。采用X射线光电子能谱仪（XPS）以及扫描电镜（SEM）对合金的腐蚀表面进行了分析,主要结论如下：1.电化学实验结果表明,在三种腐蚀溶液中,添加量为0.4wt%时,Cr3C2相对于VC、TaC改善超粗晶、特粗晶硬质合金耐腐蚀性能的效果最好。添加量为0.7wt%时,在pH=7的Na2SO4溶液以及pH=13的NaOH溶液中Cr3C2改善合金耐腐蚀性能的效果优于Mo2C,在pH=1的H2SO4溶液中后者的改善效果较好。RE添加量为0.05wt%时,可以改善WC-8.4Co-0.4Cr3C2及WC-8.4Co-0.4VC合金在pH=1的H2SO4溶液以及pH=13的NaOH溶液中的耐腐蚀性能。2.实验所用的八组合金在pH=13的NaOH溶液中的耐腐蚀性能均优于其在pH=1的H2SO4溶液中的耐腐蚀性能。结合XPS分析与电化学腐蚀实验,腐蚀机理为：在三种溶液中,由于WC和Co之间的电位差,Co粘结相被优先腐蚀,产生活性溶解,而且Co在中性溶液以及碱性溶液中的溶解速率小于其在酸性溶液中的溶解速率；Co粘结相被腐蚀后裸露出来的部分WC骨架发生了氧化,酸性溶液中发生氧化的WC比碱性溶液中多,故合金在碱性溶液中的耐腐蚀性能优于其在酸性溶液中的耐腐蚀性能。添加剂改善超粗晶、特粗晶硬质合金的耐腐蚀性能是由于其固溶于Co粘结相中,与溶液接触时形成了钝化膜,在一定程度上阻碍了腐蚀溶液对合金的进一步腐蚀。3.高温氧化实验以及氧化表面分析结果表明,八组合金的表面均未形成连续致密的氧化膜。添加量相同时,Cr3C2改善超粗晶、特粗晶硬质合金高温抗氧化性能的效果较明显。由于RE具有活性元素效应,其与Cr3C2、VC联合添加可以显著改善合金的高温抗氧化性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 超粗晶、特粗晶硬质合金耐腐蚀性能的研究背景
• 1.2 腐蚀行为的研究方法
• 1.2.1 重量法
• 1.2.2 电化学方法
• 1.3 国内外硬质合金电化学腐蚀行为的研究现状
• 1.4 研究内容与研究目的
• 第二章 实验方法
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验方法
• 2.3 分析检测
• 第三章 超粗晶、特粗晶硬质合金的电化学腐蚀行为
• 3.1 合金的微观组织结构以及晶粒度
• 3.2 添加剂对合金电化学腐蚀行为的影响
• 3.2.1 Cr、V、Ta对合金电化学腐蚀行为的影响
• 3.2.2 Mo对合金电化学腐蚀行为的影响
• 3.2.3 RE对合金电化学腐蚀行为的影响
• 3.2.4 腐蚀溶液pH值对合金电化学腐蚀行为的影响
• 3.3 合金腐蚀表面分析
• 3.4 电化学腐蚀机理分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 超粗晶、特粗晶硬质合金的高温抗氧化性能
• 4.1 添加剂对合金高温抗氧化性能的影响
• 4.2 氧化表面的观察与微区成分
• 4.3 分析与讨论
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果
• 参加的研究项目