氧化鎢氫還原過程時砷致鎢粉細化機理及在超細晶WC-Co硬質(zhì)合金中的應用.pdf

1、超細晶WC-Co硬質(zhì)合金因其同時具備高硬度和高強度的特性，而被廣泛應用于切削刀具、沖擊工具和耐磨蝕零部件等領(lǐng)域。在硬質(zhì)合金制備過程中，WC粉的特性直接遺傳于W粉，因此制備分散性好、粒度均勻的納米W粉是超細晶WC-Co硬質(zhì)合金制備的關(guān)鍵技術(shù)。本文采用“固-液”混合法，在仲鎢酸銨原料中添加一定量的As元素，通過煅燒、氫還原、碳化、液相燒結(jié)等工藝，制備出粒度均勻的納米W粉、超細WC粉和性能優(yōu)異的超細晶WC-Co硬質(zhì)合金。研究過程中，采用XRD

2、測定不同階段樣品的物相組成；SEM觀察粉末或硬質(zhì)合金樣品的顆?；蚓Я４笮?、形貌，并結(jié)合EDS分析As元素在樣品中的分布情況；TEM鑒定氧化鎢粉、鎢粉及碳化鎢粉樣品中 As的存在狀態(tài)及演變規(guī)律；利用ICP分析技術(shù)對仲鎢酸銨、氧化鎢粉、鎢粉及碳化鎢粉中的As含量進行定量分析；通過圖像統(tǒng)計法測定粒徑或晶粒大小分布；采用排水法、顯微維氏硬度計和維氏壓痕裂紋法分別測定硬質(zhì)合金的致密度、硬度和斷裂韌性。研究獲得的主要結(jié)論如下：
　　1. AP

3、T-As前驅(qū)體復合粉末煅燒過程中，一部分As元素會以氣態(tài)As2O3的形式從前驅(qū)體中逸出，造成三氧化鎢團聚體結(jié)構(gòu)更加疏松多孔，這種多孔結(jié)構(gòu)將有利于氧化鎢氫還原過程中，氫氣的進入及水蒸氣的排出，從而降低爐內(nèi)的水蒸氣分壓，抑制W顆粒通過“揮發(fā)-沉積”而長大。另一部分As元素會與W、O元素結(jié)合形成W2O3(AsO4)2三元化合物，最終As將以As2O3和W2O3(AsO4)2的形式存在于三氧化鎢粉中。
　　2.W-As復合粉末的粒徑，隨著

4、As添加量的增加而逐漸減小。其中0.1 wt％As的添加量為W粉細化的臨界值，當As添加量達到1.0 wt%時，可制備出平均粒徑為80 nm的W-As復合粉末。在WO3-As復合粉末氫還原過程中，生成的WAs2第二相為W形核提供形核核心，增加W的形核率，并形成“核（WAs2）—殼（W）”結(jié)構(gòu)的W-As復合納米粒子；附著于W顆粒表面的WAs2粒子，將阻礙W顆粒通過晶界遷移而長大；此外，揮發(fā)性的As2O3和As將降低爐內(nèi)水蒸氣分壓，抑制W顆

5、粒通過“揮發(fā)-沉積”而長大。
　　3. WAs2比較穩(wěn)定，W粉碳化后，As仍以WAs2的形式存在于WC粉中，制得的WC-1%As復合粉末分散性良好、粒徑均勻，其平均粒徑為0.22μm。在碳化過程中，作為W形核核心的WAs2顆粒將裸露出來，分布于WC顆粒之間，阻礙了WC顆粒通過晶界遷移而長大，并減弱了細小WC顆粒之間的團聚作用。
　　4.在WC-Co硬質(zhì)合金液相燒結(jié)過程中，溶解于Co相內(nèi)的WAs2將阻礙WC在Co相內(nèi)的溶解及析