Влияние наноразмерных частиц монокарбида вольфрама на структуру и свойства вольфрамокобальтовых твердых сплавов

• Автор: Терентьев, Дмитрий Сергеевич
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 204 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1 ФОРМИРОВАНИЕ ВОЛЬФРАМОКОБАЛЬТОВЫХ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ ИЗ ПОРОШКОВЫХ СМЕСЕЙ, СОДЕРЖАЩИХ НАНОРАЗМЕРНЫЕ ЧАСТИЦЫ МОНОКАРБИДА ВОЛЬФРАМА (аналитический обзор)
1.1 Методы получения и свойства наноразмерных частиц монокарбида вольфрама
1.2 Особенности формирования вольфрамокобальтовых твердых сплавов из порошковых смесей, содержащих наноразмерные частицы монокарбида вольфрама
1.2.1 Приготовление твердосплавных порошковых смесей
1.2.2 Компактирование порошковых смесей
1.2.3 Спекание изделий из порошковых компактов
1.2.4 Механизмы сдерживания роста зерна монокарбида вольфрама
при производстве вольфрамокобальтовых твердых сплавов
1.3 Физико-механические и эксплуатационные свойства изделий из вольфрамокобальтовых твердых сплавов с ультрамелким зерном карбидной фазы
1.4 Выводы
1.5 Цель работы и задачи исследований
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Материалы, используемые в исследованиях
2.2 Оборудование и условия синтеза наноразмерных частиц монокарбида вольфрама
2.2.1 Плазмохимический синтез наноразмерных частиц монокарбида вольфрама
2.2.2 Синтез и карбидизация нанотрубок оксида вольфрама
2.3 Оборудование и условия формирования вольфрамокобальтовых твердых сплавов из порошковых смесей, содержащих наноразмерные
частицы монокарбида вольфрама
2.4 Структурные исследования
2.4.1 Растровая электронная микроскопия
2.4.2 Просвечивающая электронная микроскопия
2.4.3 Оптическая микроскопия
2.4.4 Рентгенофазовый анализ
2.5 Синхронный термический анализ
2.6 Методы определения физико-механических и эксплуатационных свойств вольфрамокобальтовых твердых сплавов
2.6.1 Оценка твердости спеченных материалов
2.6.2 Испытания на прочность при сжатии
2.6.3 Испытания на прочность при поперечном изгибе
2.6.4 Оценка износостойкости спеченных материалов в условиях
трения о закрепленные частицы абразива
2.6.5 Определение жаростойкости
3 СИНТЕЗ НАНОРАЗМЕРНЫХ ЧАСТИЦ МОНОКАРБИДА ВОЛЬФРАМА
И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ
ВОЛЬФРАМОКОБАЛЬТОВЫХ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
3.1 Плазмохимический синтез наноразмерных частиц монокарбида вольфрама
3.2 Исследование наноразмерных частиц монокарбида вольфрама
при высокотемпературном воздействии
3.3 Взаимодействие наноразмерных частиц монокарбида вольфрама
с матричным металлом
3.3.1 Исследование условий синтеза наноразмерных трубок и
пластин оксида вольфрама на приборе термического анализа
3.3.2 Исследование условий синтеза наноразмерных трубок и пластин оксида вольфрама в вакуумной камере рентгеновского дифрактометра
3.3.3 Синтез наноразмерных трубок и пластин оксида вольфрама

на экспериментальной установке
3.4 Синтез наноразмерных частиц монокарбида вольфрама газовой карбидизацией наноразмерных кристаллов оксида вольфрама
3.5 Формирование вольфрамокобальтовых твердых сплавов из порошковых смесей, содержащих наноразмерные частицы монокарбида вольфрама
3.5.1 Приготовление твердосплавных порошковых смесей и формирование порошковых компактов
3.5.2 Взаимодействие компонентов твердосплавных порошковых смесей с наноразмерными частицами монокарбида вольфрама при спекании вольфрамокобальтовых твердых сплавов
3.6 Выводы
4 СТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЛЬФРАМОКОБАЛЬТОВЫХ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ, СПЕЧЕННЫХ
ИЗ ПОРОШКОВЫХ СМЕСЕЙ, СОДЕРЖАЩИХ НАНОРАЗМЕРНЫЕ ЧАСТИЦЫ МОНОКАРБИДА ВОЛЬФРАМА
4.1 Структура вольфрамокобальтовых твердых сплавов,
модифицированных наночастицами монокарбида вольфрама
4.2 Физико-механические свойства вольфрамокобальтовых твердых сплавов, модифицированных наночастицами монокарбида вольфрама
4.2.1 Влияние наноразмерных частиц монокарбида вольфрама
на твердость вольфрамокобальтовых твердых сплавов
4.2.2 Влияние наноразмерных частиц монокарбида вольфрама
на прочностные свойства вольфрамокобальтовых твердых сплавов
4.2.3 Влияние наноразмерных частиц монокарбида вольфрама
на износостойкость вольфрамокобальтовых твердых сплавов
4.2.4 Влияние наноразмерных частиц монокарбида вольфрама
на жаростойкость вольфрамокобальтовых твердых сплавов
4.3 Выводы

Зависимости плотности и микротвердости от температуры спекания нано-кристаллических твердых сплавов представлены на рисунке 1.2 (а) и рисунке 1.2 (б) соответственно. Заметное уплотнение крупнозернистого твердого сплава, содержащего 92 % WC +8 % Со (мае.), начинается при температуре спекания выше 1200 °С. Наиболее интенсивное уплотнение сплава происходит в интервале температур 1200... 1380 °С при появлении жидкой фазы. При увеличении температуры спекания выше 1380 °С достигается оптимальный уровень плотности сплава. Дальнейшее изменение плотности сплава находится в пределах погрешности измерения. В температурном диапазоне 800... 1380 °С пористость образцов снижается от 39 % до 3 %. При температурах от 1380 °С до 1600 °С пористость спеченных образцов вольфрамокобальтового сплава составляет от 1 % до 3 %. Максимальная плотность (97...98 % от теоретической) и минимальная пористость образцов твердого сплава достигаются при спекании в температурном диапазоне 1380. ..1450 °С[1,61, 132-134].
Гранулометрический состав и морфология частиц WC влияют на степень усадки порошкового компакта незначительно. Повышение дисперсности порошка WC способствует увеличению степени усадки на всех стадиях спекания. Существенное влияние на окончательное уплотнение твердого сплава при жидкофазном спекании оказывает скорость нагрева материала. Увеличение этого параметра от 10 до 100 °С/мин приводит к значительному снижению плотности и растрескиванию спеченных твердых сплавов [132, 133, 135, 136].
Превышение оптимальной температуры жидкофазного спекания твердого сплава приводит к неизбежному росту зерна WC. Зависимость размера частиц WC от температуры спекания субмикронного и нанокристаллического твердых сплавов представлена на рисунке 1.3. Развитие процесса вплоть до температуры 1000 °С не сопровождается заметным ростом зерна WC независимо от гранулометрического состава исходной смеси. Заметное изменение размера зерна WC для нанокристаллического твердого сплава происходит при дальнейшем повышении температуры спекания вплоть до 1400 °С [31, 35, 139, 140].