1 超细硬质材料纳米晶硬质合金
由于晶粒尺寸细小,晶界密度极大,从而表现出一系列的优异性能。如既具有高的硬度和耐磨性,又具有很高的强度和韧性,已广泛用于制造微型钻、精密工模具和难切削加工领域锤式打沙机
生产纳米晶硬质合金的关键技术之一是制备纳米wc粉或wc co复合粉末锤式打沙机。目前制备纳米硬质合金粉的方法主要有:喷雾转换法、等离子体法、低温还原碳化法、溶胶-凝胶法和复盐沉淀法等,但这些方法的工艺过程都较复杂锤式打沙机。自20世纪80年代初yermakov发现机械合金化可以作为一种制备非晶合金工艺后,随即在世界范围内形成了机械合金化研究热潮锤式打沙机。1989年,美国ru rgers大学率先研制出纳米结构硬质合金及其工艺并于同年申请了专利锤式打沙机。此后,瑞典、德国、日本等国的大公司分别推出了各自纳米结构的超细硬质合金锤式打沙机。机械合金化可以制备金属间化合物、非晶、准晶材料、纳米材料,而且工艺简单,可实现工业化,因此是近来倍受重视的一种新工艺锤式打沙机。
机械合金化是在固态下实现合金化,不经气相、液相,不受物质的蒸气压、熔点等物理特性因素的制约,使过去用传统熔炼工艺难以实现的某些物质的合金化和远离热力学平衡的准稳态、非平衡态及新物质的合成成为可能,因此机械合金化在理论和应用方面均引起极大关注锤式打砂机。唐嵘[14]等人指出:用机械合金化技术制备超细硬质合金粉末具有优点;晶粒长大抑制剂cr3c2和钴在wc中分布均匀,成分容易控制,工艺简单,成本低高强磨。
2 制备及其对材料的影响
利用机械合金化制备纳米粉末是一种非常有效而简便的方法高强磨。粉末经机械合金化形成纳米晶有两种途径:①粗晶材料经过机械合金化形成纳米晶;②非晶材料经过机械合金化形成纳米晶高强磨。
粗晶粉末经高强度机械球磨,产生大量塑性变形,并产生高密度位错高强磨。在初期,塑性变形后的粉末中的位错先是纷乱地纠缠在一起,形成“位错缠结”高压磨。随着球磨强度的增加,粉末变形量增大,缠结在一起的位错移动形成“位错胞”,高密度的位错主要集中在胞的周围区域,形成胞壁高压磨。这时变形的粉末是由许多“位错胞”组成,胞与胞之间有微小的取相差高压磨。随着机械合金化强度进一步增加,粉末变形量增大,“位错胞”的数量增多,尺寸减小,跨越胞壁的平均取向差也逐渐增加高压磨。当粉末的变形量足够大时,构成胞壁的位错密度增加到一定程度且胞与胞之间的取向差达到一定程度时,胞壁转变为晶界形成纳米晶移动式破碎机。
非晶粉末在机械合金化过程中的晶体生长,是个形核与长大的过程移动式破碎机。在一定条件下,晶体在非晶基体中形核移动式破碎机。晶体的生长速率较低,且其生长受到机械合金化造成的严重塑性变形的限制移动式破碎机。由于机械合金化使晶体在非晶基体中形核位置多且生长速率低,所以形成纳米晶移动式破碎机。
机械合金化技术对材料的影响主要有:①可形成高度弥散的第二相粒子;②可以扩大合金的固溶度,得到过饱和固溶体;③可以细化晶粒,甚至达到纳米级,还可以改变粉末的形貌;④可以制取具有新的晶体结构、准晶或非晶结构的合金粉末;⑤可以使有序合金无序化;⑥可以促进低温下的化学反应和提高粉末的烧结活性冲击破。
机械合金化的方法合成纳米粉末简单易行,效率高,制出的粉末晶粒尺寸细小,但往往会因为与罐体、球体摩擦造成粉末污染冲击破。
应用与前景
自硬质合金问世以来,其强度和硬度之间就一直是一对“不可调和的矛盾”,而先进制造技术的飞速发展,强烈要求将两者结合起来冲击破。研究表明,当wc晶粒尺寸减小到亚微米以下时,硬质合金材料的硬度和耐磨性、强度和韧性均获得提高冲击破。这种超细晶wc co硬质合金,因同时具有高的硬度和高的抗弯强度、高耐磨性和高韧性,被形象地称为“双高”硬质合金,满足了对高性能硬质合金刀具材料越来越高的要求,正成为国际工程领域竞相研究开发的热点,从合金粉的制备工艺、烧结工艺到材料检测技术都得到了快速发展粗碎机。
超细晶硬质合金在具有高硬度、高耐磨性的同时,具有高的强度和韧性,并且可稳定进行规模化批量生产,非常适应现代先进制造技术对高性能刀具材料的技术要求,成为国际工程材料发展的热点,正广泛用于汽车制造、航空航天、模具制造、电子信息等行业的高效高精度切削加工领域粗碎机。例如,汽车加工用孔加工刀具、印刷线路板用微型钻对“双高”性能的超细晶硬质合金的需求就非常大粗碎机。随着电子信息产业的飞速发展,对微型钻的需求越来越大,月需求量约为2500~3500万支,每年需微型钻棒料约1800~2000t,国内市场的需求量以每年140%的速度递增,国际市场的需求量以5%的速度递增冲击破。而在汽车工业用刀具方面,仅以上海汽车工业集团的需求为例,目前年耗汇3000万美元进口高性能硬质合金刀具,折合成坯料约100~150t,并且呈迅速上升趋势对辊破。
目前,像瑞典的sandvik、美国的kennametal、奥地利的plansee、法国的forecreu、日本的toshibatungaloy等国际著名硬质合金生产企业纷纷进入和抢占我国超细晶硬质合金棒料及其孔加工刀具市场对辊破。我国的一些科研工作者也先后在此领域中开展了研究与开发,并取得了重要进展。上海材料研究所研制并小批量生产出的硬质合金(srim)晶粒度达到了0 3~0 5μm,实现了“双高”性能,已生产了5~40mm十多种棒料规格,其中带内冷却孔的约占60%,制成多种形式的特种刀具,已在汽车工业中得到成功应用,取得了与原进口的相同型号钻头同等的使用效果。
随着快速凝固技术(喷射转换工艺、机械合金化、气相反应法等)、快速固结技术(电火花等离子烧结技术、微波烧结技术等)及先进的无损检测方法(矫顽磁力、磁饱和性能)等在超细晶硬质合金发展中应用的日趋成熟和不断改进,必然为纳米晶硬质合金的研究开发打下坚实的基础。
结语:近年来,用机械合金化制备粉末材料的技术发展较快,高能球磨制备粉末材料尤其是纳米wc粉末材料,已经取得了长足进展。通过对微观结构和性能方面的比较,用机械合金化技术制备的纳米晶体与原子沉积法获得的材料具有相似的结构和性质,且机械合金化工艺简单,产量高,成本低,符合现代高新技术的基础研究和产业化发展需要。因此,用机械合金化制备纳米硬质合金粉有着良好的应用前景。但无论是国内还是国外,真正实现纳米钨和wc-co粉末的大规模生产与大批量应用尚有一定的路程。