VoL26 No.6 史晓亮等：VC,CrC:对WCCo纳米粉烧结性能的影响 613· 粉末出现了急剧收缩，理论上把这个温度认为是 粒生长抑制剂进行研究 WC-10Co纳米复合粉末的烧结温度，TG-DSC测 2.3晶粒生长抑制剂对纳米WC-10C0复合粉末 试也验证WC-I0Co纳米复合粉末的烧结温度为 烧结体的影响 1320℃左右0 在常用的晶粒生长抑制剂中以VC,CrC,的 纳米粉末的TG-DSC测试结果如图1.由DSC 抑制晶粒长大效果最佳，纳米复合粉分别与VC, 曲线知，在114.5,808.9和948.4℃时粉末表现为吸 Cr,C,球磨48h,球料质量比为8：1，在90℃真空干 热反应，主要是由于低温下吸附物的挥发以及不 燥.添加抑制剂可细化晶粒，硬质合金的强度应 同粒度颗粒的吸热熔融，由TG曲线可知，在 该得到提高，但超细硬质合金材料的断裂强度值 808.9948.4℃温度范围内，主要由于少量Co的溶 常常随着大量抑制剂的加入迅速降低，过多的抑 解和吸附物的挥发，体系出现了0.45%的质量损 制剂会在WC/C0晶界大量析出，增加了脆性.为 失.在1320℃时，粉末发生了强烈的放热反应， 了使烧结体综合性能得到提高，单一抑制剂VC 这是WC和Co共晶温度，发生合金化从而产生 掺杂量为1.0%或Cr,Cz掺量为1.0%（质量分数）. 了大量的放热 (1)晶粒生长抑制剂对烧结体性能的影响， 质量变化0.15%质量变化-5.27% 100 在烧结过程中，WC晶粒的生长决定着烧结 1.0 8089℃948.4℃ 0.5 体的硬度.随着温度升高到一定值和适当的保温 80 1047.3℃ 860x 0 时间，晶粒生长得较为完整，这时硬质相接近于 40 114.5℃ 0.5 完美晶体的硬度；但是随着温度的继续升高和保 1346.0℃ -1.0 温时间的延长，晶粒继续长大，晶粒内部产生裂 20 据 -1.5 纹的几率就越来越大，从而获得的材料硬度反而 0200400600800100012001400 减小了，同时晶粒的比表面积减小，晶粒与晶粒 温度/℃ 之间的接触面也减小.在烧结体产生裂纹或缺陷 图1纳米WC-10Co复合粉末的TG-DSC曲线 过程中，晶粒之间的接触面上会产生阻力来阻止 Fig.1 TG-DSC curves of nanocrystalline WC-10Co com- 裂纹或缺陷的产生.晶粒生长抑制剂阻止了晶粒 posite powders 的过分长大，增大小晶粒之间的接触面积，获得 22纳米WC-10C0复合粉烧结工艺 较大的阻力.在烧结体的断裂过程中，晶粒越小， 其断裂的路径就会越曲折，路径加长，阻止其发 常规粉末的烧结温度为1450-1500℃，而纳 米粉末的烧结温度则相对较低，约1360℃四，20 生断裂.断裂强度主要取决于晶粒的大小和晶粒 之间的接触.烧结过程中可以采用掺杂晶粒生长 世纪70年代初，Cowl系统地研究了热压初期、中 抑制剂阻止晶粒的过分长大来使烧结体获得较 期和后期的动力学模型，论证了热压时材料的致 密化推动力主要表面能及所施加的压力，.在 好的性能，而加入过多的抑制剂又会使烧结体的 脆性增大影响其强度， 烧结中要降低晶粒的粗化就必须在较低的温度 确定烧结工艺和晶粒生长抑制剂的是获得 下烧结，同时尽量的缩短烧结时间，结合文献及 具有较好性能的WCC0硬质合金的关键.在 实验结果最终确定在1360℃分别保温1~2h的工 1360℃保温2h得到烧结体的断裂强度和洛氏硬 艺进行烧结.烧结体的性能如下表1所示 度数据如表2所示. 表1表明在1360℃下保温2h的试样和保温 表2表明摻杂了晶粒生长抑制剂的烧结体洛 1h的试样相比，洛氏硬度、断裂强度都有较大幅 度的提高，故选择1360℃下保温2h工艺掺杂晶 表2掺杂不同量晶粒生长抑制剂的烧结体性能 表1不同烧结工艺下的烧结体的性能 Table 2 Properties of samples doped with different am- Table 1 Properties of samples with different sintering ount of inhibitor techniques 抑制剂 断裂强度MPa洛氏硬度HRA) 烧结工艺 洛氏硬度(HRA)断裂强度MPa 0 1878 92.4 1360℃保温1h 91.3 1612 1.0%VC 2434 90.8 1360℃保温2h 92.4 1878 1.0%CrC2 2026 91.7叭, L2 6 N 0 . 6 史 晓亮等 : V C , C 乙 Q 对 W C 曰C O 纳 米粉 烧结性 能 的影 响 粉 末 出现 了急 剧收缩 , 理论 上把 这个温 度 认为 是 WC 一 10 C o 纳米 复合粉 末 的烧 结温 度 , T G 一 D S C 测 试 也验 证 WC es 1OC 。 纳 米 复合 粉末 的烧 结温度 为 1 3 2 0 ℃ 左右 `,。 , . 纳米粉 末 的 T G - D S C 测试 结果如 图 1 . 由 D S C 曲线 知 , 在 1 14 . 5 , 8 08 .9 和 9 4 8 .4 ℃ 时粉 末表 现 为吸 热反应 , 主要 是 由于低温 下 吸 附物 的挥 发 以及 不 同粒 度 颗粒 的吸 热熔 融 . 由 T G 曲线 可 知 , 在 80 .8 -9 94 8 . 4 ℃ 温 度 范 围内 , 主 要 由于 少量 C o 的溶 解 和 吸附物 的挥 发 , 体 系 出现 了 .0 45 % 的质量 损 失 . 在 1 3 2 0 ℃ 时 , 粉 末 发生 了强烈 的放 热 反应 , 这 是 W C 和 C 。 共 晶温度 , 发 生合 金化 从 而产 生 了大 量 的放 热 . ǎ . 如日 · 10 0 璐í喇叫幕碑 8 0 质量变 化 0 . 15% 质量变化巧 . 27 % 黯 1 . 0 0 . 5 11 4 . 5℃ 0 刁 . 5 1 34 .6 。℃ 七 nU n ù ù 6 芝侧篆 4 O 匕一 月 一一 . 月 , - -一 . , · l 0 20 0 4 0 0 6 00 800 10 0 0 120 0 1 4 0 0 温 度 /℃ 图 1 纳米 W-C IO oC 复合粉 末 的 T G卜D S C 曲线 F哈1 T G se D SC e u vr es o f n a n o e yr s t a l li n e WC 一1 0 C o c o m - OP 成et p o w d e 招 .2 2 纳米 w G 10 c 。 复 合粉 烧结 工 艺 常 规粉 末 的烧 结温 度 为 1 4 50 一 1 5 0 ℃ , 而纳 米粉 末 的烧 结温 度 则相 对较 低 , 约 1 3 60 ℃ 1 1, 12] . 20 世 纪 70 年 代初 , C o w l 系统 地研 究 了热 压初 期 、 中 期和 后期 的动 力学 模型 , 论证 了热压 时材料 的致 密化 推 动 力主 要表 面 能及 所施 加 的压 力 `” , 14] . 在 烧 结 中要 降低 晶粒 的粗化 就 必 须 在较 低 的温度 下烧 结 , 同 时尽量 的缩 短 烧 结 时间 . 结 合文 献 及 实验 结果 最终 确 定在 1 3 60 ℃ 分别 保温 1~2 h 的工 艺进 行烧 结 . 烧 结 体 的性 能如 下表 1 所 示 . 表 1 表 明在 1 3 60 ℃ 下保 温 Z h 的试样 和 保温 l h 的试 样相 比 , 洛 氏硬 度 、 断裂 强度 都 有较 大 幅 度 的提高 , 故选 择 1 3 60 ℃ 下 保温 Z h 工 艺掺 杂 晶 表 1 不同烧 结工 艺下 的烧 结体 的性 能 几b l e 1 P or P e川e s o f s a m P k s w i t h di幻er er n t , i n t e inr g 加公h . i q u es 烧 结工 艺 洛 氏硬 度 (H R A ) 断裂 强度几以P a 粒 生长抑 制 剂 进行 研 究 . .2 3 晶粒 生 长抑 制剂 对 纳 米 W C一 1 0 C 0 复 合粉 末 烧结 体 的影 响 在 常用 的晶粒 生 长抑 制剂 中 以 V C , C 卜 C Z 的 抑 制 晶粒 长大 效 果最 佳 . 纳 米 复合 粉 分别 与 V C, C乙 C Z球 磨 48 h , 球料 质 量 比 为 :8 1 , 在 90 ℃ 真 空干 燥 . 添 加抑 制 剂 可细 化 晶粒 , 硬 质 合 金 的强度 应 该得 到提 高 , 但超 细硬 质合 金材 料 的断 裂强度 值 常常 随着 大量抑 制剂 的加入 迅速 降低 , 过 多 的抑 制 剂会 在 WC C/ o 晶界 大量 析 出 , 增加 了脆性 . 为 了使烧 结 体综 合 性 能得 到提 高 , 单 一抑 制剂 V C 掺 杂量 为 1 . 0% 或 C乙 C Z 掺 量 为 1 . 0% (质 量 分数 ) . ( l) 晶粒 生 长抑 制 剂对 烧 结体 性 能 的影 响 . 在烧 结过 程 中 , W C 晶粒 的 生长 决定 着烧 结 体 的硬 度 . 随着 温度 升 高 到一定 值和 适 当 的保 温 时 间 , 晶粒 生 长得较 为完 整 , 这 时 硬质相 接近 于 完 美 晶体 的硬度 ; 但 是 随着温 度 的继 续升 高和 保 温 时 间 的延 长 , 晶粒 继 续 长大 , 晶粒 内部产 生裂 纹 的几 率就越 来越 大 , 从 而获 得 的材料 硬度 反 而 减小 了 , 同 时 晶粒 的 比表 面积 减小 , 晶粒 与 晶粒 之 间的接 触面 也减 小 . 在烧 结 体产 生裂 纹或 缺 陷 过程 中 , 晶粒 之 间的接 触 面上会 产 生 阻力来 阻止 裂纹 或缺 陷 的产生 . 晶粒 生长抑 制 剂 阻止 了晶粒 的过 分 长大 , 增大 小 晶粒 之 间 的接触 面 积 , 获 得 较 大 的 阻力 . 在 烧 结体 的断裂 过程 中 , 晶粒 越 小 , 其 断 裂 的路径 就 会越 曲折 , 路 径 加长 , 阻止 其 发 生 断裂 . 断裂 强度主 要 取决 于 晶粒 的大小 和 晶粒 之 间 的接触 . 烧 结过 程 中可 以采用 掺 杂 晶粒 生 长 抑 制剂 阻止 晶粒 的过 分长 大 来 使烧 结体 获 得较 好 的性 能 , 而加 入过 多 的抑制 剂又 会使 烧结 体 的 脆 性增 大 影 响其 强度 . 确 定烧 结 工 艺 和 晶粒 生 长 抑 制 剂 的 是 获得 具 有 较 好 性 能 的 WC一 。 硬 质 合 金 的 关 键 . 在 13 60 ℃ 保温 Z h 得 到烧 结体 的断裂 强度 和 洛 氏硬 度数据 如表 2 所 示 . 表 2 表 明掺 杂 了晶粒 生长抑 制 剂 的烧结 体洛 1 36 0 ℃保 温 l h 13 60 ℃保 温 Z h 1 6 12 1 8 78 表 2 掺 杂不 同量 晶粒 生长 抑制 剂 的烧结 体性 能 aT b le 2 P Or P e rt ieS o f s a m P les dO Ped w i t h d i月触er n t a m · o u n t o f in h ib i t o r 抑 制剂 断裂强 度八讨P a 洛 氏硬 度 (H R A ) 0 1 8 7 8 9 2 . 4 1 . 0% V C 2 4 3 4 9 0 . 8 1 . 0% C 巧C : 2 02 6 9 1 . 7 ,J 4 : `盈. `, 9 八