Co包覆粗晶WC粉体的流化床化学气相沉积可控制备及应用
发布时间：2024-03-15 05:03
粗晶硬质合金由于碳化钨(WC)晶粒的粗晶特性,呈现出了比细晶硬质合金更高的韧性、红硬性、抗热冲击以及热疲劳性能,被广泛应用于冲击工具、耐磨耐蚀零部件及硬质合金涂层等领域。然而,无论是硬质合金烧结工具还是耐磨涂层的制备,均存在粗晶特性丧失、组织不均匀、气孔缺陷多等共性问题,严重制约着其服役性能。其根源在于复合粉体的常规球磨制备技术,为获取高的均匀性需要长时间的高能载荷混合,严重破坏了 WC的原始晶粒度。如何协同解决WC粗晶粒度维持和两相高度均匀化难以同时兼顾的矛盾是制备高性能硬质合金烧结工具和涂层的关键问题。截止目前,一系列物理改性和化学合成方法被提出,但由于这些技术本身均存在着解决均匀性或者晶粒度的单一性,不能两者兼顾,因此,仍未取得根本性的突破。针对此问题,本研究提出了基于流化床化学气相沉积(Fluidized bed chemical vapor deposition,FBCVD)技术可控制备粗晶Co包覆WC复合粉体的新思路,旨在利用FBCVD不改变颗粒原始晶粒度且能实现两相均匀化的特性,解决现有方法制备WC-Co复合粉体的局限性。取得的主要创新性成果如下:(1)提出并验证了 FB...
【文章页数】：210 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 粗晶硬质合金的特性、应用及发展概况
1.1.1 粗晶硬质合金的特性及应用现状
1.1.2 烧结硬质合金中维持粗晶特性的工艺及方法
1.1.3 硬质合金涂层的制备方法及现状
1.1.4 粗晶硬质合金烧结及涂层制备中存在的共性问题
1.2 WC-Co复合粉体制备的研究现状
1.2.1 WC-Co复合粉体的技术指标
1.2.2 WC-Co复合粉体的现有制备方法及技术现状
1.2.3 现有方法存在的问题
1.3 本论文的研究思路及主要研究内容
第2章 Co前驱体的优选、反应特性及沉积行为研究
2.1 引言
2.2 实验材料与方法
2.2.1 实验材料
2.2.2 实验装置及过程
2.2.3 分析与表征
2.3 结果
2.3.1 Co前驱体优选的热力学基础
2.3.2 前驱体的反应可行性及Co的沉积行为
2.4 讨论
2.4.1 Co颗粒的形核与生长机制
2.4.2 岛状生长作用下Co的均匀沉积与自形核生长行为
2.5 本章小结
第3章 FBCVD中Co的沉积行为及其对颗粒流化的影响
3.1 引言
3.2 实验材料与方法
3.2.1 实验材料
3.2.2 实验装置与过程
3.2.3 分析与表征
3.3 结果
3.3.1 FBCVD制备Co包覆WC复合粉体的可行性验证
3.3.2 不同沉积温度下Co的沉积行为及WC颗粒的流化行为
3.3.3 不同WC粒径下Co的沉积行为及WC颗粒的流化行为
3.3.4 不同流化气速下Co的沉积行为及WC颗粒的流化行为
3.4 讨论
3.4.1 Co参与下的WC颗粒的失流机理
3.4.2 金属Co沉积与WC颗粒流化之间的协同竞争关系
3.4.3 FBCVD制备高Co含量复合粉体的局限性
3.5 本章小结
第4章 FBCVD沉积Co在化学镀高Co粉体中的自催化行为及机理
4.1 引言
4.2 实验材料与方法
4.2.1 实验材料
4.2.2 实验装置与过程
4.2.3 分析与表征
4.3 结果
4.3.1 FBCVD沉积Co的自催化能力评估
4.3.2 化学镀过程中Co自催化行为的动力学影响因素
4.3.3 FBCVD沉积高活性Co催化剂的调控行为
4.3.4 Co催化剂颗粒物性对化学镀Co速率及形貌的影响
4.4 讨论
4.4.1 Co的自催化机理
4.4.2 化学镀Co沉积机制及行为
4.4.3 高活性Co催化剂的可控制备及其物性对化学镀行为的影响规律
4.5 本章小结
第5章 复合粉体的热压烧结致密化机制及晶粒生长行为研究
5.1 引言
5.2 实验材料与方法
5.2.1 实验材料
5.2.2 实验装置与过程
5.2.3 分析与表征
5.3 结果
5.3.1 Co包覆WC复合粉体对晶粒长大的抑制作用评估
5.3.2 烧结温度对WC-Co硬质合金致密度、组织和性能的影响
5.3.3 烧结压力对WC-Co硬质合金致密度、组织和性能的影响
5.4 讨论
5.4.1 复合粉体的热压烧结致密化机制
5.4.2 Co对WC晶粒生长的抑制行为及性能提升机制
5.5 本章小结
第6章 复合粉体制备耐磨涂层的微观组织与力学性能研究
6.1 引言
6.2 实验材料与方法
6.2.1 实验材料
6.2.2 实验装置与过程
6.2.3 分析与表征
6.3 结果
6.3.1 不同功率下激光熔覆WC-Co涂层的制备
6.3.2 不同扫描速度下激光熔覆WC-Co涂层的制备
6.3.3 激光熔覆WC-Co涂层的微观组织表征和性能分析
6.3.4 不同功率下等离子体喷涂WC-Co涂层的制备
6.3.5 等离子体喷涂WC-Co涂层的微观组织表征和性能分析
6.4 讨论
6.4.1 熔覆和喷涂过程中的晶粒生长行为
6.4.2 物相形成演变行为及Co对碳损失的抑制机制
6.4.3 组织均匀化和气孔缺陷形成及消除机制
6.4.4 涂层与基体的界面结合特征
6.5 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3928584
【文章页数】：210 页
【学位级别】：博士
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摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 粗晶硬质合金的特性、应用及发展概况
1.1.1 粗晶硬质合金的特性及应用现状
1.1.2 烧结硬质合金中维持粗晶特性的工艺及方法
1.1.3 硬质合金涂层的制备方法及现状
1.1.4 粗晶硬质合金烧结及涂层制备中存在的共性问题
1.2 WC-Co复合粉体制备的研究现状
1.2.1 WC-Co复合粉体的技术指标
1.2.2 WC-Co复合粉体的现有制备方法及技术现状
1.2.3 现有方法存在的问题
1.3 本论文的研究思路及主要研究内容
第2章 Co前驱体的优选、反应特性及沉积行为研究
2.1 引言
2.2 实验材料与方法
2.2.1 实验材料
2.2.2 实验装置及过程
2.2.3 分析与表征
2.3 结果
2.3.1 Co前驱体优选的热力学基础
2.3.2 前驱体的反应可行性及Co的沉积行为
2.4 讨论
2.4.1 Co颗粒的形核与生长机制
2.4.2 岛状生长作用下Co的均匀沉积与自形核生长行为
2.5 本章小结
第3章 FBCVD中Co的沉积行为及其对颗粒流化的影响
3.1 引言
3.2 实验材料与方法
3.2.1 实验材料
3.2.2 实验装置与过程
3.2.3 分析与表征
3.3 结果
3.3.1 FBCVD制备Co包覆WC复合粉体的可行性验证
3.3.2 不同沉积温度下Co的沉积行为及WC颗粒的流化行为
3.3.3 不同WC粒径下Co的沉积行为及WC颗粒的流化行为
3.3.4 不同流化气速下Co的沉积行为及WC颗粒的流化行为
3.4 讨论
3.4.1 Co参与下的WC颗粒的失流机理
3.4.2 金属Co沉积与WC颗粒流化之间的协同竞争关系
3.4.3 FBCVD制备高Co含量复合粉体的局限性
3.5 本章小结
第4章 FBCVD沉积Co在化学镀高Co粉体中的自催化行为及机理
4.1 引言
4.2 实验材料与方法
4.2.1 实验材料
4.2.2 实验装置与过程
4.2.3 分析与表征
4.3 结果
4.3.1 FBCVD沉积Co的自催化能力评估
4.3.2 化学镀过程中Co自催化行为的动力学影响因素
4.3.3 FBCVD沉积高活性Co催化剂的调控行为
4.3.4 Co催化剂颗粒物性对化学镀Co速率及形貌的影响
4.4 讨论
4.4.1 Co的自催化机理
4.4.2 化学镀Co沉积机制及行为
4.4.3 高活性Co催化剂的可控制备及其物性对化学镀行为的影响规律
4.5 本章小结
第5章 复合粉体的热压烧结致密化机制及晶粒生长行为研究
5.1 引言
5.2 实验材料与方法
5.2.1 实验材料
5.2.2 实验装置与过程
5.2.3 分析与表征
5.3 结果
5.3.1 Co包覆WC复合粉体对晶粒长大的抑制作用评估
5.3.2 烧结温度对WC-Co硬质合金致密度、组织和性能的影响
5.3.3 烧结压力对WC-Co硬质合金致密度、组织和性能的影响
5.4 讨论
5.4.1 复合粉体的热压烧结致密化机制
5.4.2 Co对WC晶粒生长的抑制行为及性能提升机制
5.5 本章小结
第6章 复合粉体制备耐磨涂层的微观组织与力学性能研究
6.1 引言
6.2 实验材料与方法
6.2.1 实验材料
6.2.2 实验装置与过程
6.2.3 分析与表征
6.3 结果
6.3.1 不同功率下激光熔覆WC-Co涂层的制备
6.3.2 不同扫描速度下激光熔覆WC-Co涂层的制备
6.3.3 激光熔覆WC-Co涂层的微观组织表征和性能分析
6.3.4 不同功率下等离子体喷涂WC-Co涂层的制备
6.3.5 等离子体喷涂WC-Co涂层的微观组织表征和性能分析
6.4 讨论
6.4.1 熔覆和喷涂过程中的晶粒生长行为
6.4.2 物相形成演变行为及Co对碳损失的抑制机制
6.4.3 组织均匀化和气孔缺陷形成及消除机制
6.4.4 涂层与基体的界面结合特征
6.5 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3928584
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