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超细/纳米粉末的烧结行为

信息来源:株洲精钻硬质合金有限公司  发布时间:2018/5/11  浏览数量:521

超细/纳米粉末的烧结行为

 

制备纳米钨基复合粉末一个很重要的意图就是制备高性能细晶钨合金材料。相对纳米粉末制备来说,人们对纳米钨合金的烧结技术的研究少得多。


较常见的研究大多体现在采用和以往相同的常规烧结方法研究纳米粉末的烧结行为,这些研究揭示了纳米粉末烧结所特有的现象和规律,取得了一些较好的效果,从而可以肯定纳米粉末是细化晶粒和得到高性能合金的发展方向。在国内,我们最开始对机械合金化的纳米晶粉末进行了大量的研究。


研究结果表明,由机械合金化制备的W-Ni-Fe纳米晶合金粉末在烧结过程中,由于球磨使颗粒内产生了很多位错和缺陷,产生了大量的品格畸变,形成了超饱和固溶体和非晶相。晶格畸变和大量的纳米晶界的形成使系统的自由能、原子活性和分布在纳米晶界上的原子数增加,因而促进了烧结时原子之间的扩散,而且球磨使粉末之间的混合达到了原子级的水平,所有这些都会缩短原子之间的扩散距离,促进烧结致密化。在1350 -1450℃进行固相烧结可达到全致密化,可以消除由液相烧结引起的变形。


最终合金的晶粒约为3m,抗拉强度大于1200MPa[∞-5纠,而传统W-Ni-Fe高密度合金的抗拉强度一般在700 - 1000MPa之间,较之有大幅度的提高,并揭示了在高于液相线温度进行液相烧结时,w晶粒发生迅速长大,w晶粒尺寸又接近传统的合金组织。


在国外,HJRgu等人[13]也对93W-5. 6Ni-l4Fe钨基合金经机械合金化后得到的纳米粉进行了烧结研究。该粉末经冷等静压( CIP)后在1485℃下进行液相烧结,最终晶粒尺寸为27 p.m,在低于143WC的温度下进行固相烧结得到晶粒尺寸为3p.m,相对密度为97%,其与球磨时间无关。许多学者对纳米W-Cu粉末的烧结行为也进行了大量的研究。Anish UpadhyayaR MGerman对球磨W-Cu合金粉末的烧结行为进行了研究。传统W-Cu混合粉末在450 - 6000C时会产生膨胀。将w粉和Cu粉混合进行高能球磨所制备的合金粉末可以有效地避免膨胀的发生。


对纳米W-Cu合金粉采用常规烧结,可以在较低的温度下达到近全致密(密度为98% -9996)、晶粒为lp.m的合金54,55。对纳米WC-Co粉末研究表明剐,纳米WC-Co的烧结致密化在5- 15min内可以完成,在开始的几分钟内,晶粒长大非常快,以后,晶粒长大与时间呈线性关系。


纳米粉末能否发挥很大的优势,关键取决于烧结工艺。烧结中晶粒的长大问题是整个烧结工艺研究中的最关键的问题躬圳,由于纳米晶粒活性很大,在烧结中极易长大。纳米粉末由于具有非常多的晶界和很高的表面活性,烧结驱动力非常大,烧结时一方面较通常的微米级粉末的致密化快,但同时晶粒聚集、合并和粗化速度很快,因而晶粒发生异常的长大,难以保持原始纳米粉末的纳米晶结构。


尤其对于液相烧结的钨合金而言,情况更是如此。采用通常的传统液相烧结时,钨合金烧结温度较高,在液相烧结时发生加倍的颗粒重排、聚集、合并与长大55],烧结制备的合金仍然为微米级结构,难以充分发挥该材料的特性,尤其是对于力学性能要求高的W-Ni-Fe合金,在固相烧结时可以得到晶粒尺寸3 -5yxn及以下的钨晶粒,但是在液相烧结时,晶粒又长大为20 - 30bt,mt34


又如,纳米结构的WC-Co复合粉末在1400aC保温30s便可获得高致密的合金结构,其WC晶粒尺寸为200nm,但若将保温时间延长一倍即保温60s,则晶粒迅速增大到2.O。因此,纳米粉末的烧结技术的主要目的是在得到全致密合金的同时,保持材料的细晶结构。

 

超细/纳米粉末的烧结行为

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