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传统粉末冶金制备WC复合材料工艺复杂、周期长、能耗高;新兴快速制备工艺集中于表面增强涂层的研究,多以WC为原料,而其在高能束流高温作用下易烧损、分解,对材料性能不利。因此,短流程快速原位制备WC复合材料显得越来越重要。本文开发了中频感应熔渗原位冶金制备WC块体复合材料新方法,实现了短流程、低成本、快速的原位制备WC块体复合材料。 本文以W-C粉末为原料,利用中频感应熔渗原位冶金方法制备了WC块体复合材料。分析了复合材料的物相和组织结构,研究了复合材料的干滑动摩擦磨损性能,考察了工艺参数变化、钨碳配比变化、合金元素及合金碳化物对复合材料组织性能的影响,研究了高温固相W-C原位反应过程。 研究结果表明,中频感应熔渗原位冶金生成了大量WC相,获得了以WC为主要硬质相,Ni基固溶体为粘结相的块体复合材料,宏观成型好,致密。WC相为棱角分明的矩形或三角形晶粒,从试样项部到底部成梯度分布。随保温时间的延长,WC相的晶粒尺寸逐渐增大,但时间过长,试样会出现气孔等缺陷。当W/C(mol比)<1∶1时,随C含量的增加,原位生成的WC含量在增长;当W/C(mol比)≥1∶1时,C含量的增加并未对原位生成的WC含量造成明显影响,但试样中出现的石墨夹杂增多。随Mo含量从4.76%、13.04%到20%的增加,WC由规则的三角形和长方形晶粒变为无规则晶粒,且粒度不均匀。随Cr3C2含量从13.04%、16.67%到20%的增加,WC晶粒的不规则性增加,试样中出现的气孔增多。加入的6.25%的Cr则全部固溶于Ni基体中,并未对材料的物相及组织产生明显影响。中频感应W-C固相反应过程中,在Ni块熔化前,W和C反应首先生成W2C相,W2C相与固相中的C继续反应完全转化为WC相。 研究了中频感应熔渗WC复合材料的耐干滑动磨损性能,探讨了材料的磨损机制,分析了不同钨碳配比和添加合金元素对材料耐磨损性能的影响。结果表明: WC复合材料的干耐滑动磨损性能受钨碳配比的影响,当W/C(mol比)<1∶1时,随着C含量的增加,WC含量增加,耐磨损性能提高;当W/C(mol比)>1∶1时,剩余的石墨增多,产生了减摩效果。加入Mo及Cr3C2,试样中产生了更多的合金碳化物,WC的含量下降,导致材料的耐磨损性能下降;而加入的Cr全部溶于Ni基体,起到固溶强化的作用,提高了材料的耐磨性。其中,W/C(mol比)=1∶1保温时间40s的试样及加入6.25%Cr的试样,耐磨性能优于YG11。WC复合材料的磨损机制主要为氧化剥层磨损,伴随片状磨屑及磨粒与磨损表面多次作用形成的块状磨屑产生。