不同烧结方式制备WC-cBN复合材料的研究

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硬质合金具有高强度、高硬度、高弹性模量和低热膨胀系数等优点,在现代刀具材料、耐磨材料等方面得到广泛应用。随着近来各种新材料的出现,对材料加工提出了更高的要求,传统的硬质合金已经不能胜任严苛的工作要求。WC-Co硬质合金的机械性能可通过改变粘结相Co含量和WC晶粒尺寸来调整,一般而言,韧性随着粘结相含量的增加而提高,硬度随着WC晶粒增大而减小。然而,由于Co资源少而贵,而且其作为粘结相容易降低硬质合金耐腐蚀性,因此采用其他金属元素取代Co粘结相的研究是硬质合金研究的热点之一。另外,由于cBN具有仅次于金刚石的高硬度、高热稳定性和化学惰性,作为第二相硬质颗粒具有调和WC-Co复合材料硬度和韧性的矛盾、并使之获得良好综合性能的潜力,因此,本研究制备的WC-cBN复合材料有望成为新一代高速切削刀具材料。本研究分别以粘结相为Co和FeCoNi的WC-cBN复合材料为研究对象,采用能够快速升降温的SPS烧结手段制备了不同Co含量及不同SPS烧结温度的WC-Co-cBN复合材料,并采用不同烧结方式在不同烧结温度下制备了引入金属Fe和Ni部分取代Co的WC-FeCoNi-cBN复合材料,详细研究了WC-cBN复合材料的密度、物相组成、显微组织、力学性能以及耐蚀性能。实验结果表明:(1)利用SPS烧结WC-Co-cBN复合材料最佳的Co含量为10 wt%。(2)SPS烧结温度为1250℃可制备综合性能最佳的WC-Co-cBN复合材料,WC平均粒径为223 nm,相对密度、硬度和断裂韧性分别为98.0%、23.5 GPa 和 13.1 MPa·m1/2。(3)SPS烧结温度为1250℃可制备综合性能以及耐蚀性最佳的WC-FeCoNi-cBN复合材料,WC粒径平均为226 nm,其相对密度、硬度和断裂韧性分别为97.1%、22.4 GPa和12.4 MPa·m1/2。(4)HP烧结温度为1300℃可制备综合性能最佳的WC-FeCoNi-cBN复合材料,WC粒径平均为286 nm,其相对密度、硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为99.3%、21.0 GPa、14.9 MPa.m1/2和1436 MPa。
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