稀土在Cr-V-RE-La2O3聯(lián)合摻雜WC-Co合金燒結(jié)過程中的定向遷移行為與機(jī)理.pdf

1、稀土在硬質(zhì)合金中定向遷移與在合金燒結(jié)體表面的富集現(xiàn)象在國際上尚未見其他類似報道。本課題組的前期研究主要集中在稀土獨立摻雜WC-Co合金燒結(jié)過程中稀土的表面富集條件、富集形式與富集機(jī)理。前期研究結(jié)果表明，燒結(jié)過程中穩(wěn)定存在于合金內(nèi)部的高活性稀土在一定服役條件下可以向合金工具工作表面產(chǎn)生定向遷移，在工作表面原位形成Ln2O2S(Ln：稀土)薄膜，從而明顯改善合金使用性能。本研究主要包括以下三個方面：RE(RE：特指以La、Ce為主體成分，含

2、Pr、Nd的高活性混合稀土)在Cr/V-RE聯(lián)合摻雜WC-Co合金燒結(jié)過程中的定向遷移行為；La在Cr/V-La2O3聯(lián)合摻雜WC-Co合金燒結(jié)過程中的定向遷移行為以及WC-Co合金燒結(jié)體表面稀土彌散相形成機(jī)理及其相成份、相結(jié)構(gòu)影響機(jī)理與功能作用。本研究的主要目的足通過對稀土在Cr/V聯(lián)合摻雜WC-Co合金燒結(jié)過程中的定向遷移行為與機(jī)理研究，實現(xiàn)對稀土在硬質(zhì)合金中定向遷移行為的有效控制。因La/Ce原子與W/Co原子的原子半徑相差29.

3、36～48.97％，如何激活與控制稀土在硬質(zhì)合金燒結(jié)過程中的定向遷移行為不僅具有重要的科學(xué)意義，而且對稀土在硬質(zhì)合金中作用機(jī)理研究、稀土改善硬質(zhì)合金使用性能機(jī)理研究以及(自潤滑)功能導(dǎo)向型高性能超細(xì)硬質(zhì)合金的開發(fā)均具有重大意義。
　　 選用RE-Co預(yù)合金粉與高純納米La2O3作為稀土摻雜原料；利用掃描電鏡、能譜分析儀、X射線衍射儀與光學(xué)顯微鏡，采用合金燒結(jié)體表面觀察與分析法，結(jié)合合金內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)觀察與分析、合金熱力學(xué)分析等手段

4、，研究了稀七在Cr/V聯(lián)合摻雜WC-Co合金燒結(jié)過程中的定向遷移行為與機(jī)理。
　　 研究結(jié)果表明，對Cr/V-RE聯(lián)合摻雜WC-Co合金，燒結(jié)過程中合金中的稀土可以產(chǎn)生定向遷移，在合金中呈彌散分布的稀土相中的部分La、Ce、Pr、Nd原子可以脫離其原始結(jié)合狀態(tài)，通過定向遷移在合金燒結(jié)體表面形成新的稀土彌散相。對Cr/N-La2O3聯(lián)合摻雜WC-Co合金，當(dāng)合金為WC+β+η三相組織時，燒結(jié)過程中合金中的La可以產(chǎn)生定向遷移，在合

5、金燒結(jié)體表面形成稀土彌散相。無論是以液態(tài)形式遷移還是以固態(tài)形式遷移，稀土原子/離子的定向遷移必須在合金內(nèi)部體系(存在高活性游離C原子)與外部環(huán)境(燒結(jié)爐內(nèi)氣氛中存在S、O等微量雜質(zhì)元素)同時滿足一定條件下才能發(fā)生，因此稀土原子/離子的遷移行為是可控的。同時滿足在Co中具有較高溶解度以及高碳碳化物分解為低碳碳化物激活能低的碳化物均具有高活性游離C原子供給能力，因而可成為稀土遷移活性的激活基元。由于WC骨架結(jié)構(gòu)的存在，即使稀土原子以液態(tài)形式

6、遷移，也不可避免遇到WC遷移壁壘，因此稀土的原子極化是稀土原子/離子穿越WC晶格從而產(chǎn)生快速遷移的必要條件。存在稀土原子極化的條件下，由于La系收縮效應(yīng)以及Ce4+、Pr4+離子的存在，當(dāng)原子尺寸因素成為遷移速度的主要影響因素時，與La比較，Ce、Pr、Nd具有快速遷移優(yōu)勢。WC-Co合金中稀土原子產(chǎn)生極化與定向遷移所需的激活能與摻雜稀土的原始活性有關(guān)。當(dāng)WC-Co合金含碳量正常時，Cr、V高碳碳化物分解為低碳碳化物的驅(qū)動力降低，La2

7、O3中La的遷移活性難以得到激發(fā)。隨燒結(jié)爐內(nèi)氣氛中S相對逸度的增加，合金燒結(jié)體表面依次可形成LnCoO3、Ln2O2S、Ln2S3等稀土彌散相。因Ce2O2S與Ce2S3的△fGov(單位體積生成自由能變化)明顯較相應(yīng)的La2O2S與La2S3低，在Cr/V-RE聯(lián)合摻雜WC-Co合金的燒結(jié)過程中更有利于Ce2O2S或Ce2S3型晶體結(jié)構(gòu)稀土彌散相的形成。在體系中S相對逸度較高的條件下，S向合金內(nèi)部的遷移速度增加。與La、Pr、Nd相比