“納米晶硬質(zhì)合金材料”的性能
納米晶硬質(zhì)合金的應用納米WC-Co硬質(zhì)合金,因其特殊的耐磨蝕、高硬度,以及優(yōu)異的斷裂韌性和抗壓強度被廣泛應用于現(xiàn)代科技各個領域,己被制成加工集成電路板的微型鉆頭、點陣打印機打印針頭、整體孔加工刀具、木工工具、精密模具、牙鉆、難加工材料刀具等。其主要應用概括為以下幾個方面:(1)金屬加工。當初,亞微細WC硬質(zhì)合金的開發(fā)是為了解決高溫合金等難加工材料的切削加工的需要,現(xiàn)代納米WC硬質(zhì)合金在強度和韌性方面優(yōu)于亞微細合金,因而更適用于高溫合金、鈦合金、不銹鋼、各種噴涂(焊)材料、淬火鋼、冷硬鑄鐵等的加工。納米WC硬質(zhì)合金突破了普通硬質(zhì)合金的抗彎強度遠比高速鋼低這個局限,其應用已延伸到高速鋼占統(tǒng)治地位的領域。(2)電子工業(yè)。電子工業(yè)產(chǎn)品的發(fā)展趨勢是小型化、集成化、精密化。集成電路板材質(zhì)是環(huán)氧樹脂粘結(jié)玻璃纖維或玻璃纖維增強的塑料。這就要求微型鉆頭有很高的硬度和耐磨性;而鉆頭直徑很小(一般0.2~0.3mm,甚至0.05mm)、易折斷,還要求鉆頭有高的強度和韌性:并且鉆孔需要正確的孔位精度,又要求鉆頭有高的剛度(彈性模量),這些要求相互矛盾。致使普通硬質(zhì)合金以及亞微細晶粒硬質(zhì)合金鉆頭都難以滿足這些要求,只有用晶粒度小于0.5μm的納米晶粒硬質(zhì)合金才行。又如點陣打印針,其直徑僅有0.2-0.35mm;加工集成電路引線的框架用的多工位跳步模,沖頭厚度≤0.2mm,誤差僅為0.002mm;另外還有印刷電路板引線切頭用的圓片切刀,以及精密的小模具等,都要求使用納米晶粒WC硬質(zhì)合金來制作以實現(xiàn)其功能。(3)木材加工。早在50年代,硬質(zhì)合金鑲尖工具就被用于木材加工行業(yè)。而今,各種材質(zhì)的板材的出現(xiàn),對加工精度和外觀的要求大大提高,高速切割時的離心力、切削力使普通硬質(zhì)合金難以滿足加工要求,于是納米晶粒WC硬質(zhì)合金有了用武之地。(4)醫(yī)學應用。醫(yī)用牙鉆是精細儀器,其切口必須鋒利,而且要求具有很好的耐磨性和韌性,超細晶粒WC硬質(zhì)合金以其高強度、高韌性和耐磨性在這一領域得到廣泛的應用。(5)其它應用。納米晶粒WC硬質(zhì)合金由于其晶粒細小,作刀具可以磨出精度極高、鋒利的切削刃和刀尖圓弧半徑;因其高強度就可用于制作大前角、小進給量和小吃刀量的精細刀具,如小直徑立銑刀、小鉸刀等;因其高彈性模量、抗磨擦磨損性能,可用于制作高精度模具、沖頭等;另外還可用于制作高耐磨、耐沖蝕工具,如高壓噴嘴、閥門、高壓槍、玻璃刀、紡織品切刀以及磁帶、錄相帶切刀等等。另外科學家們還正在研制圓形刀具、鑿巖刀具以及納米WC-Co基增強復合材料等。因此開發(fā)納米WC硬質(zhì)合金和尋求更為廣闊的應用領域成為發(fā)展的熱點,而制備的關鍵技術在于納米原料粉末的制備及隨后的燒結(jié)過程。減小粒徑是提高WC-Co硬質(zhì)合金性能(強度、硬度和抗磨性鈞的有效途徑,因此研制納米晶硬質(zhì)合金是下階段研究者的開發(fā)重點,它將大大拓寬WC-Co硬質(zhì)合金的應用領域,并因此帶動各種精密儀器、模具、刀具及電子通信技術的飛速發(fā)展。納米晶硬質(zhì)合金的應性能1、組織性能。納米晶硬質(zhì)合金的顯微組織非常細小,決定了其優(yōu)良的力學性能。但由于納米粉末的制備方法、燒結(jié)工藝不同。其顯微組織也各不相同。Jia等在1350℃燒結(jié)用噴霧轉(zhuǎn)化法制備的納米WC-Co粉末,得到納米硬質(zhì)合金WC晶粒尺寸約為70 nm,其晶粒的邊界與普通的硬質(zhì)合金相同,同樣是平直的邊界。但其位錯密度反而明顯少于普通的硬質(zhì)合金。用不同的制備方法來制備的納米硬質(zhì)合金粉末,其粉末的顯微結(jié)構(gòu)有很大的不同,如采用化學法合成與機械球磨方法合成的WC/Co粉末,尤其是機械球磨使晶粒發(fā)生較大的變形,而且堆積大量的位錯。盡管燒結(jié)時位錯大部分消除,但仍然有很高的位能。2、力學性能。隨著粘結(jié)相自由程的減小,硬質(zhì)合金的維氏硬度顯著提高:當鈷粘結(jié)相平均自由程為30 mn時,其維氏硬度高達2300kg/mm2以上。而且裂紋擴展阻力也隨著提高,相應提高合金的韌性。3、刀具切削性能。納米晶硬質(zhì)合金制作的刀具產(chǎn)品具有非常優(yōu)異的使用性能。