为了改善WC‑Ni硬质合金的硬度、耐磨性，制备了一种强流脉冲电子束辐照WC‑Ni硬质合金。采用WC‑Ni硬质合金为原料，强流脉冲电子束辐照使WC‑Ni硬质合金表面发生快速重熔和烧蚀，多次辐照使表面微观缺陷熔合、表面微区组织致密化，同时辐照表面有微裂纹和烧蚀孔的形成。所制得的强流脉冲电子束辐照WC‑Ni硬质合金，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本发明专利技术能够为制备高性能的WC‑Ni硬质合金提供一种新的生产工艺。
A WC-Ni Cemented Carbide Irradiated by High Current Pulsed Electron Beam
In order to improve the hardness and wear resistance of WC Ni cemented carbide, a high current pulsed electron beam irradiated WC Ni cemented carbide was prepared. Using WC Ni cemented carbide as raw material, the surface of WC Ni cemented carbide was rapidly remelted and ablated by intense pulsed electron beam irradiation. The surface micro-defects were fused and the surface micro-area structure was densified by multiple irradiation. At the same time, micro-cracks and ablation holes were formed on the irradiated surface. The hardness, densification degree and bending strength of WC Ni cemented carbide irradiated by intense pulsed electron beam have been greatly improved. The invention can provide a new production process for preparing high performance WC Ni cemented carbide.
【技术实现步骤摘要】
一种强流脉冲电子束辐照WC-Ni硬质合金所属
本专利技术涉及一种硬质合金材料，尤其涉及一种强流脉冲电子束辐照WC-Ni硬质合金。
技术介绍
硬质合金是以难熔金属碳化物(碳化钨、碳化钛、碳化钽、碳化铌和碳化钒等)为基，铁族金属钴或镍等做粘结金属而制成的具有金属性质的粉末冶金材料。硬质合金具有优良的综合性能，如高强度、高硬度、良好的耐磨性及耐蚀性等，其广泛应用于机械加工、矿山开发、军工、化工、建筑等行业。然而，摩擦工况下硬质合金零件表面易于发生表面磨损失效。采用表面处理技术进一步提高硬质合金表面硬度是解决此类失效问题的有效方法，也是目前质合金表面强化的研究热点问题。强流电子束和离子束是束流强度达几十万以至上百万安培的束流。它比通常加速器的束流密度高几万倍以至几十万倍。20世纪60年代初期，由于模拟核爆炸条件下γ射线辐照效应和X射线照相的需要，强流脉冲电子束加速器得到了迅速发展，70年代后，由于粒子束惯性约束聚变、电子束抽运气体激光器、电子束产生高功率微波等研究工作的要求，研制了低电压大电流的电子束加速器，并在这些技术的基础上获得了强流脉冲离子束。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善WC-Ni硬质合金的硬度、耐磨性，设计了一种强流脉冲电子束辐照WC-Ni硬质合金。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：强流脉冲电子束辐照WC-Ni硬质合金的制备原料包括：WC-Ni硬质合金。强流脉冲电子束辐照WC-Ni硬质合金的制备步骤为：首先对硬质合金试样的表面进行研磨，研磨工具为金刚石砂、200号SiC金相砂纸，将研磨后的硬质合金试样用丙酮清洗，然后烘干备用。将制好的硬质合金试样在螺旋PFL紧凑型强流脉冲电子束加速器上进行辐照实验，辐射介质为水，辐照工艺参数为：电子能量127keV，能量密度3、13、34J/cm2，脉冲宽度180ns，辐照次数1、5、10次。强流脉冲电子束辐照WC-Ni硬质合金的检测步骤为：表面形貌利用JSM600LV型扫描电子显微镜观察，表面元素分布利用SHI1600型电子探针分析，表层相组成利用SHI6000型X射线衍射仪分析，显微硬度利用HX1000TM型维氏显微硬度计测量。所述的强流脉冲电子束辐照WC-Ni硬质合金，强流脉冲电子束辐照使WC-Ni硬质合金表面发生快速重熔和烧蚀，多次辐照使表面微观缺陷熔合、表面微区组织致密化，同时辐照表面有微裂纹和烧蚀孔的形成。所述的强流脉冲电子束辐照WC-Ni硬质合金，IPEB辐照诱发硬质合金表面α-WC相向β-WC1-x和α-W2C亚稳相转变，高能量密度辐照硬质合金表面有C形成。所述的强流脉冲电子束辐照WC-Ni硬质合金，IPEB辐照导致WC-Ni硬质合金表面发生硬化与软化。表面硬化源于辐照硬质合金的表面致密化、α-W2C亚稳相的形成、Ni粘结择优烧蚀，而表面Ni含量的增加、大量β-WC1-x相的形成以及表面烧蚀孔与微裂纹等缺陷的形成是导致硬质合金表面软化的主要原因。本专利技术的有益效果是：采用WC-Ni硬质合金为原料，经过配料、研磨、烘干、强流脉冲电子束辐照工艺成功制备了具有优异力学性能的强流脉冲电子束辐照WC-Ni硬质合金。其中，高密度的强流脉冲电子束辐照能够是硬质合金表面发生物相转变，使硬质合金表面的致密化程度进一步提升，这也是强流脉冲电子束辐照能够提高硬质合金力学性能的关键。所制得的强流脉冲电子束辐照WC-Ni硬质合金，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本专利技术能够为制备高性能的WC-Ni硬质合金提供一种新的生产工艺。具体实施方式实施案例1：强流脉冲电子束辐照WC-Ni硬质合金的制备原料包括：WC-Ni硬质合金。强流脉冲电子束辐照WC-Ni硬质合金的制备步骤为：首先对硬质合金试样的表面进行研磨，研磨工具为金刚石砂、200号SiC金相砂纸，将研磨后的硬质合金试样用丙酮清洗，然后烘干备用。将制好的硬质合金试样在螺旋PFL紧凑型强流脉冲电子束加速器上进行辐照实验，辐射介质为水，辐照工艺参数为：电子能量127keV，能量密度3、13、34J/cm2，脉冲宽度180ns，辐照次数1、5、10次。强流脉冲电子束辐照WC-Ni硬质合金的检测步骤为：表面形貌利用JSM600LV型扫描电子显微镜观察，表面元素分布利用SHI1600型电子探针分析，表层相组成利用SHI6000型X射线衍射仪分析，显微硬度利用HX1000TM型维氏显微硬度计测量。实施案例2：原始硬质合金试样表面存在一些不规则的空隙以及磨制痕迹。能量密度为2J/cm2，辐照硬质合金表面未发生熔化，可以观察到磨制划痕，电子束的热冲击作用使硬质合金表面发生择优烧蚀，沿磨制划痕方向形成无数密集择优烧蚀区域，辐照表面的局部区域热效应来自非一维热传导过程，轻微的熔化与烧蚀仅被局限于表面的微观缺陷和几何高点。增加能量密度至15J/cm2，辐照使硬质合金表面发生熔化与烧蚀，硬质合金表面的磨制痕迹完全消失，出现熔坑特征，同时表面出现了微裂纹和一些尺寸为2～4μm的烧蚀孔，且多数烧蚀孔分布在裂纹上，裂纹的出现源于快速加热与快速冷却的非平衡过程。继续增加能量密度至36J/cm2，辐照使硬质合金发生强烈的表面熔化与烧蚀，出现大尺寸烧蚀坑，且在烧蚀坑中心可以观察到烧蚀残留物，同时硬质合金表面形成大尺寸网状裂纹。实施案例3：较高能量密度的辐照使硬质合金表面发生显著重熔与烧蚀，熔合了试样表面的空隙、磨制划痕等缺陷，同时，硬质合金表面出现大尺寸网状微裂纹，局部出现少量烧蚀孔。随着辐照次数的增加，硬质合金表面烧蚀孔数量显著增多，同时，表面网状微裂纹宽度减小，但裂纹密度增加。增加辐照次数至11次，硬质合金表面发生反复的熔化与烧蚀，出现大尺寸烧蚀坑，且烧蚀坑中心可观察到烧蚀残留物，表面网状裂纹尺寸增大、密度降低。实施案例4：硬质合金表面形成具有波浪起伏特征的重熔烧蚀形貌，且表面存在微裂纹和细小的烧蚀孔。W、Ni和C元素呈区域性富集，这与辐照硬质合金表面WC相熔化与低熔点Ni粘结相优先烧蚀有关，辐照的快速加热使硬质合金表面温度超过Ni粘结相的沸点和WC相的熔点，但低于WC相的沸点，导致WC相熔化与Ni粘结相优先烧蚀，液滴喷射对重熔表面产生反冲，快速冷凝形成微观起伏特征的重熔烧蚀形貌。多次辐照，液滴喷射反冲的累积作用使重熔烧蚀表面的起伏尺度增加。而辐照表面O元素显著减少，相应烧蚀孔位置却存在较多氧，表明多次辐照使硬质合金表面氧发生反应烧蚀。实施案例5：原始硬质合金主要由六方硬质相和少量的立方Ni粘结相组成。辐照致使WC-Ni硬质合金表面发生重熔与Ni粘结相烧蚀，熔融态WC与O的高温反应诱发相转变。辐照硬质合金表面有少量游离C形成。辐照次数对硬质合金表层相结构的影响规律与能量密度相似。随着辐照次数的增加，相的衍射峰强度增强。实施案例6：原始WC-13Ni硬质合金试样表面显微硬度为1184HV。辐照使硬质合金表面出现不同程度的硬化与软化现象。辐照引发硬质合金表面重熔与烧蚀、Ni粘结相含量变化以及表面致密化等多种因素综合作用导致硬质合金表面的硬化与软化。实施案例7：辐照WC-13Ni硬质合金表面微观组织变化主要包括Ni粘结相择优烧蚀、反复重熔与烧蚀作用熔合表面微观缺陷致使表面微区组织致密化以及表面微裂纹和烧蚀孔的形成等。较低辐照强度，表面组织本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种强流脉冲电子束辐照WC‑Ni硬质合金的制备原料包括：WC‑Ni硬质合金。
【技术特征摘要】
1.一种强流脉冲电子束辐照WC-Ni硬质合金的制备原料包括：WC-Ni硬质合金。2.根据权利要求1所述的强流脉冲电子束辐照WC-Ni硬质合金，其特征是强流脉冲电子束辐照WC-Ni硬质合金的制备步骤为：首先对硬质合金试样的表面进行研磨，研磨工具为金刚石砂、200号SiC金相砂纸，将研磨后的硬质合金试样用丙酮清洗，然后烘干备用，将制好的硬质合金试样在螺旋PFL紧凑型强流脉冲电子束加速器上进行辐照实验，辐射介质为水，辐照工艺参数为：电子能量127keV，能量密度3、13、34J/cm2，脉冲宽度180ns，辐照次数1、5、10次。3.根据权利要求1所述的强流脉冲电子束辐照WC-Ni硬质合金，其特征是强流脉冲电子束辐照WC-Ni硬质合金的检测步骤为：表面形貌利用JSM600LV型扫描电子显微镜观察，表面元素分布利用SHI1600型电子探针分析，表层相组成利用SHI6000型X...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨晶，
申请(专利权)人：杨晶，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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