金刚石-WC-Co矿用硬质合金的制备及其磨损性能汧究
矿用硬质合金复杂、严苛、多变的服役环境使合金工具产生各种形式的磨损,这对WC-Co矿用硬质合金的性能提出了更严格的要求。增强矿用硬质合金韧性和耐磨性在提高矿山开采效率、减少资源成本浪费等方面具有重要的意义。由于金刚石具有高硬度和低磨损率的特性,是WC-Co合金极具潜力的增强相。本课题选用金刚石增强WC-Co矿用硬质合金作为研究对象,以提高合金断裂韧性和耐磨性作为研究目标。金刚石增强WC-Co矿用硬质合金采用SPS烧结技术制备。金刚石在烧结过程中热稳定性变差,容易转变为石墨,并且Co会加速该进程,这会劣化金刚石-WC-Co矿用硬质合金的性能。烧结温度、Co含量、金刚石表面镀层种类和金刚石含量均为金刚石相变的影响因素。采用XRD、拉曼光谱、SEM和磨损实验机等多种手段系统研究了上述因素与矿用硬质合金的微观组织结构、金刚石石墨化转变、硬度、断裂韧性和耐磨性的相互关系,为金刚石-WC-Co矿用硬质合金的研制提供依据。（1）温度是影响金刚石-WC-Co矿用硬质合金综合性能的关键因素之一。烧结温度为1200℃时合金烧结不充分,硬度和断裂韧性较差。烧结温度为1300℃时,合金内部金刚石发生了部分石墨化转变,劣化合金性能。在1250℃条件下制备的样品各项性能均最优,磨损系数与1200℃和1300℃相比分别减小79%和83%左右。（2）Co作为金刚石相变的催化剂和硬质合金的粘结剂,其含量改变对硬质合金性能影响显著。Co含量在1.5-7.5 wt%范围内增加,合金的致密化程度提高,合金的硬度和耐磨性降低。断裂韧性随Co含量改变波动幅度不明显,HM-2.5Co的断裂韧性较自制WC-2.5Co合金高约60%。（3）镀层在烧结时作为过渡层使金刚石和Co相分开的同时增强二者的结合力。对比添加不同镀层金刚石的WC-Co硬质合金的性能,发现在1250℃烧结时无镀层金刚石裸漏在合金中会部分发生石墨化转变,镀覆Ti、W和Cr镀层的金刚石均可稳定存在。HM-DTi和HM-DCr合金的硬度和断裂韧性等各项性能优于其它合金,耐磨性较HM-D0高3.34倍左右。（4）增强相金刚石含量增加可以改变金刚石与WC-Co基体的界面分布状态进而影响合金的综合性能。金刚石含量在0-15 vol%范围内增加时,硬质合金的硬度和致密度降低;金刚石含量增加也会使金刚石颗粒间的平均间距缩短,这有利于提高合金的断裂韧性。在金刚石含量为10 vol%时,硬质合金的耐磨性最优。
- 作者：
- 李开深
- 学位授予单位：
- 北京有色金属研究总院
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2022年
- 导师姓名：
- 曹瑞军
- 中图分类号：
- TG135.5；TD404
- 关键词：
- 矿用硬质合金；放电等离子体烧结；增强相；耐磨性
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