等离子原位冶金碳化钨结晶过程研究

论文摘要

为突破粉末冶金硬质合金技术瓶颈,本文采用等离子原位冶金技术制备碳化钨复合材料。讨论了原位冶金碳化钨复合材料的的显微组织结构和机械性能,研究了原位冶金碳化钨工艺中在等离子弧高温和富碳液相条件下钨碳反应及碳化钨相结晶长大的现象与规律性。组织分析结果表明,电流的大小直接影响最终得到复合材料的成型性；等离子原位冶金碳化钨中相组成主要为WC、W2C、M6C （Fe3W3C）、γ-Fe以及少量的Cr7C3和（Fe, Ni）3C,组织均匀,具有三角形或四边形的硬质相颗粒尺寸约为5-30μm。等离子在原位冶金加热过程中,在等离子束高温作用下同步送入的粉末与基体共同形成熔池。冶金区剧烈反应产生的气体、熔渣上浮。WC成核后,以具有平滑固液界面的形式成长。在WC结晶过程中,由于晶面的各向异性等原因引起WC晶粒各晶面表面能的差异,决定了特定的截断因子r和伸长率k,生成具有特殊形貌的WC晶粒。晶粒的特殊结构和复杂的界面环境使WC晶粒以（0001）面为基面,沿<0001>方向生长形成多层堆垛结构。得到的WC复合材料的平均硬度都能达到HRA82以上。对合金内部不同物相的显微硬度分别进行分析发现,WCp相的硬度最高,能达到2000 HV0.2以上,而组织中的η相—Fe3 W3C相的硬度也能达到1100 HV0.2以上,而基体相由于固溶了一定的合金元素也表现较高的显微硬度,达到600-800 HV0.2左右。耐磨性能能够接近甚至达到粉末冶金硬质合金水平。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 碳化钨
• 1.3 金属基复合材料原位合成技术
• 1.4 原位冶金碳化钨
• 1.5 课题研究目的、研究内容与研究意义
• 2 等离子原位冶金技术概论
• 2.1 等离子原位冶金技术原理
• 2.2 等离子原位冶金设备
• 2.3 等离子原位冶金合金设计
• 3 实验方法与实验内容
• 3.1 实验材料、实验方法及实验设备
• 3.2 实验内容
• 4 等离子原位冶金碳化钨组织观察与成分分析
• 4.1 等离子原位冶金碳化钨宏观形貌观察
• 4.2 等离子原位冶金碳化钨显微组织形貌和成分分析
• 4.3 本章小结
• 5 等离子原位冶金碳化钨结晶过程研究
• 5.1 等离子原位冶金碳化钨热力学分析
• 5.2 等离子原位冶金碳化钨结晶规律
• 5.3 等离子原位冶金过程分析
• 5.4 本章小结
• 6 等离子原位冶金碳化钨性能研究
• 6.1 硬度测试
• 6.2 磨损试验
• 6.3 本章小结
• 7 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间研究成果