PDF《金刚石抛光用钨合金的热压烧结》

采用 RE2-100ML 旋转蒸发 器烘干粉末;

烧结设备采用 ZYD-80-30 型真空电阻热 压炉;

采用阿基米德法进行合金材料密度的测定;

采用HVS-1000 型维氏硬度仪进行硬度分析;

采用 FEI Quanta

200 环境扫描电镜(SEM)观察粉末的形状、尺 寸和合金的显微组织. 图1实验用原始粉末 SEM 像Fig.

1 SEM images of original powders: (a) W powders;

(b) Mo powders 中国有色金属学报

2015 年3月684 1.2 机械合金化过程 RYU 等[16] 利用高能球磨过程中粉末体反复发生 混合、碰撞、温度升高、冷焊与撕裂作用,使各元素 粉末达到原子级混合,制得了

20 nm 以下的纳米复合 粉末. 粉末的表面活性得到显著提高, 降低烧结温度, 细化晶粒,极大地提高钨合金的屈服强度.本文作者 以乙醇为介质在行星球磨机上高能球磨

40 h,球磨罐 和磨球材料均为硬质合金,球料质量比为 10:1,球磨 机转速为

200 r/min,球磨罐内充氩气保护.球磨后合 金粉末使用旋转蒸发器烘干,保证了整个取粉过程中 合金粉末处于真空下,最大程度防止球磨后粉末的氧 化.机械合金化粉末的粒度和分布如图

2 所示,由图 2(a)可以看出,球磨后粉末形状不规则,多为片状、 针状和絮状,大小分布不均匀,约为

5 μm 左右.从图2(b)中可以看出,原子聚集在一起组成原子团,原 子团形状为扁平状,最大原子团有

10 μm,部分小到 几百纳米. 图2机械合金化粉末 SEM 像Fig.

2 SEM images of powders after mechanical alloying: (a) Low magnification;

(b) High magnification 1.3 热压烧结过程 为了扩大抛光半径,获得高的抛光线速度,实验 制备的 W-Mo-Cr 合金材料设计为环形结构, 外圆直径 为96 mm,内圆直径为

80 mm,厚度

5 mm.根据抛 光盘尺寸需要,称得一定量合金化粉末,采用层铺的 方法装入石墨热压模具中. 石墨模具表面均匀涂覆BN 分离剂,防止烧结过程中粉末与模具发生严重粘接, 以致难以退模而损坏抛光盘和模具, 待一切准备完毕, 将模具放入热压真空炉中进行烧结.整个烧结过程中 保持真空度

20 Pa 以下,烧结工艺如下:以10 ℃/min 的速率从室温开始升温,到达

800 ℃时保温

10 min,

1200 ℃后再保温

20 min, 升温到设定的烧结温度保温 保压

30 min,随后以

5 ℃/min 降温到

1200 ℃,炉冷 到室温.在升温过程中,温度达到

800 ℃后采取分次 加压(4~5 次), 在升温到烧结温度之前将压力加到预设 定的烧结压力值.

2 结果与分析 2.1 烧结温度和压力范围的初步选择 W、 Mo 和Cr 的熔点分别是

3422、

2617、

1907 ℃, 合金材料的主要成分是 W 和Mo 元素(摩尔分数共为 99%),由W-Mo 二元相图(见图 3)可以看出,烧结温 度高于

2900 ℃时才有可能出现液相. 一般认为高密度 钨合金的最佳烧结温度应在

1500 ℃以下, 钨含量高的 合金烧结温度也应略微高些[17?18] .烧结温度过高,容 易产生晶粒变形和晶粒粗大,材料的物理性能变差, 还会造成能源的浪费.烧结温度太低,会导致烧结体 无法成形或出现严重裂纹.综合考虑,实验的烧结温 度取

1200、

1300、1400 和1500 ℃,烧结时间设为

30 min.烧结压力是热压固相烧结中另一个重要的影响 因素[13?14,19] ,对材料的致密度和力学性能都有着重要 图3W-Mo 二元相图 Fig.

3 Binary phase diagram of W-Mo 第25 卷第

3 期 林佳志,等:金刚石抛光用钨合金的热压烧结