帳號:guest(18.191.181.12)          離開系統
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  

詳目顯示

以作者查詢圖書館館藏以作者查詢臺灣博碩士論文系統以作者查詢全國書目
作者(中文):鍾孟晃
作者(外文):CHUNG, MENGHUANG
論文名稱(中文):雙盤研磨法及液相燒結製備 WC/Al-Co-Cr-Cu-Fe-Ni 超硬合金之研究
論文名稱(外文):Study on Twin-Disk Milling Method and Liquid Phase Sintering for WC/Al-Co-Cr-Cu-Fe-Ni Hardmetals
指導教授(中文):葉均蔚
口試委員(中文):謝光前
洪健龍
曹春暉
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:材料科學工程學系
學號:101031527
出版年(民國):103
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:152
中文關鍵詞:超硬合金高熵合金雙盤研磨法
相關次數:
  • 推薦推薦:0
  • 點閱點閱:199
  • 評分評分:*****
  • 下載下載:0
  • 收藏收藏:0
超硬合金含有硬質碳化物提供硬度,以及較韌的金屬黏結相以提供韌性,具有室溫高硬度,且耐高溫軟化。因此超硬合金在切削、鑽孔、模具等工具上被廣泛應用。
本研究為降低WC/Co成本及改善性質,以Al-Co-Cr-Cu-Fe-Ni取代Co,並使用雙盤研磨法進行粉末製備及液相燒結,製作WC/Al-Co-Cr-Cu-Fe-Ni超硬合金。本研究針對粉末的大量製造進行參數改良,結果發現減少單次粉末添加量、增加轉速及配合攪拌之情形下,可於增加粉末流出能力且同時維持一定的細化效果。將煤油溶劑改以黏度及表面張力皆較低的酒精做取代,可進一步增加粉末回收率達95%。將所得粉末進行傳統燒結,使用以煤油為溶劑配合磁鐵輔助攪拌研磨之粉末進行燒結,所得塊材硬度可達HV30 1385,使用以酒精為溶劑研磨經Fe變量之粉末進行燒結,所得塊材硬度可達HV30 1263,兩者韌性皆可達KIC 16.2,其韌性─硬度組合皆高於文獻中WC/Co超硬合金之KIC-Hv帶狀分布曲線之上限,顯示高熵合金黏結相配合雙盤研磨法可得低成本性質優越的超硬合金。
目 錄
Abstract I
摘 要 III
誌 謝 IV
目 錄 VI
圖目錄 X
表目錄 XV
壹、 前 言 1
貳、 文獻回顧 3
2.1 超硬合金 3
2.1.1 超硬合金簡介 3
2.1.2 超硬合金之發展歷史 7
2.1.3 超硬合金的未來發展趨勢 11
2.2 影響超硬合金機械性質的因素 15
2.3 粉末製造方式 23
2.3.1 高能球磨法 23
2.3.2 噴霧粉體製程 27
2.3.3 化學氣相反應合成法 30
2.4 燒結機制 31
2.4.1 固相燒結 31
2.4.2 液相燒結 34
2.5 高熵合金 41
2.5.1 高熵合金開發背景 41
2.5.2 高熵合金的特點 43
2.6 本論文研究目的 46
參、 實驗方式 47
3.1 實驗設計及流程 47
3.2 雙盤研磨機之機台設計 51
3.3 粉末冶金製程 55
3.3.1 混和粉末之研磨、乾燥 55
3.3.2 過篩、生胚成型 55
3.3.3 脫脂、燒結 57
3.4 性質量測及其他分析 59
3.4.1 X-ray 繞射分析 59
3.4.2 SEM 微結構觀察及 EDS 分析 59
3.4.3 燒結試片密度量測 59
3.4.4 燒結試片硬度及韌性量測 60
3.4.5 粉末與燒結試片之粒徑分析 63
3.4.6 粉末氮氧分析 63
肆、 結果與討論 64
4.1 以煤油為溶劑之單次添加製備超硬合金粉末 64
4.1.1 不同漿料上方壓力對研磨效果的影響 64
4.1.2 不同粉末添加量對研磨效果的影響 71
4.1.3 不同轉速對研磨效果的影響 74
4.2 以煤油為溶劑之多次添加製備超硬合金粉末 81
4.2.1 不同轉速對多次添加研磨效果的影響 81
4.2.2 不同磁鐵大小輔助對多次添加研磨效果的影響 86
4.2.3 添加次數對多次添加研磨效果的影響 92
4.3 以煤油為溶劑之超硬合金塊材製備 96
4.4 以酒精為溶劑之多次添加製備超硬合金粉末 104
4.4.1 以酒精為溶劑對研磨效果的影響 104
4.4.2 改良研磨參數對研磨效果的影響 110
4.5 以酒精為溶劑之超硬合金塊材製備 118
4.5.1 不同粉末狀態的影響 118
4.5.2 不同Fe含量的影響 127
4.5.3 不同燒結氣氛的影響 136
4.6 與文獻中WC超硬合金之比較 143
伍、 結 論 146
陸、 參考文獻 148
參考文獻
[1] Stevenson, W., Metals Handbook 9th ed. . Vol. 7. 1985: ASM, Ohio.
[2] Culp, J., D. Huffman, and R.J. Henry, Metals Handbooks,Desk ed. 1985, ASM, Ohio. p. 1.
[3] 陳羽辰, WC與Al0.5CoCrCuFeNi燒結超硬合金之製程與機械性質研究, in 國立清華大學材料科學工程研究所碩士論文. 2004.
[4] 鄭家沐, TiC與Al0.5CoCrCuFeNi燒結瓷金之製程與機械性質研究, in 國立清華大學材料科學工程研究所碩士論文. 2005.
[5] 黃聖閔, TiC與Co1.5CrFeNi1.5Ti0.5燒結瓷金之製程與機械性質研究, in 國立清華大學材料科學工程研究所碩士論文. 2006.
[6] 葉欲安, 多元高熵碳化物合成及其燒結瓷金之開發研究, in 國立清華大學材料科學工程研究所碩士論文. 2010.
[7] 蔡佩臻, 多元高熵碳化物(MoNbTiWZr)C及其瓷金的開發研究, in 國立清華大學材料科學工程研究所碩士論文. 2011.
[8] 陳威伶, 雙盤研磨法細化超硬合金粉末及改善超硬合金性質之研究, in 國立清華大學材料科學工程研究所碩士論文. 2013.
[9] 林敬翰, 雙盤研磨法製備超硬合金的開發, in 國立清華大學材料科學工程研究所碩士論文. 2012.
[10] Mari, D., Cermets and hardmetals. Encyclopedia of Materials: Science and Technology, Elsevier Science Ltd., Amsterdam, 2001.
[11] Fang, Z.Z., et al., Synthesis, sintering, and mechanical properties of nanocrystalline cemented tungsten carbide - A review. International Journal of Refractory Metals & Hard Materials, 2009. 27(2): p. 288-299.
[12] Stevenson, W., Metals Handbook 9th ed. Vol. 7. 1985: ASM, Ohio. 950.
[13] Exner, H., Physical and chemical nature of cemented carbides. International Materials Reviews, 1979. 4(1): p. 149-173.
[14] Stevenson, W., Metals Handbook 9th ed. Vol. 3. 1985: ASM, Ohio. 453.
[15] Ettmayer, P. and W. Lengauer, The story of cermets. Powder Metall. Int., 1989. 21(2): p. 37-38.
[16] Upadhyaya, A., D. Sarathy, and G. Wagner, Advances in alloy design aspects of cemented carbides. Materials & Design, 2001. 22(6): p. 511-517.
[17] Andren, H.-O., Microstructure development during sintering and heat-treatment of cemented carbides and cermets. Materials chemistry and physics, 2001. 67(1): p. 209-213.
[18] Akhtar, F., et al., Effect of WC particle size on the microstructure, mechanical properties and fracture behavior of WC–(W, Ti, Ta) C–6wt% Co cemented carbides. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 2007. 25(5): p. 405-410.
[19] Mills, B., Recent developments in cutting tool materials. Journal of materials processing technology, 1996. 56(1): p. 16-23.
[20] Stevenson, W., Metals Handbook 9th ed. Vol. 7. 1985: ASM, Ohio. 978.
[21] Tracey, V.A., Nickel in hardmetals. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 1992. 11(3): p. 137-149.
[22] Jia, K., T.E. Fischer, and B. Gallois, Microstructure, hardness and toughness of nanostructured and conventional WC-Co composites. Nanostructured Materials, 1998. 10(5): p. 875-891.
[23] Schubert, W.D., A. Bock, and B. Lux, GENERAL-ASPECTS AND LIMITS OF CONVENTIONAL ULTRAFINE WC POWDER MANUFACTURE AND HARD METAL PRODUCTION. International Journal of Refractory Metals & Hard Materials, 1995. 13(5): p. 281-296.
[24] Narasimhan, K., S.P. Boppana, and D.G. Bhat, Development of a graded TiCN coating for cemented carbide cutting tools—a design approach. Wear, 1995. 188(1): p. 123-129.
[25] Su, Y.L., et al., Comparison of tribological behavior of three films—TiN, TiCN and CrN—grown by physical vapor deposition. Wear, 1997. 213(1): p. 165-174.
[26] Cha, S.I., et al., Mechanical properties of WC–10Co cemented carbides sintered from nanocrystalline spray conversion processed powders. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 2001. 19(4): p. 397-403.
[27] Zhang, S.Y., TITANIUM CARBONITRIDE-BASED CERMETS - PROCESSES AND PROPERTIES. Materials Science and Engineering a-Structural Materials Properties Microstructure and Processing, 1993. 163(1): p. 141-148.
[28] Peng, Y., H. Miao, and Z. Peng, Development of TiCN-based cermets: Mechanical properties and wear mechanism. International Journal of Refractory Metals & Hard Materials, 2013. 39: p. 78-89.
[29] McCandlish, L.E., B.H. Kear, and S.J. Bhatia, Spray conversion process for the production of nanophase composite powders. 1994, Google Patents.
[30] Kim, B., et al., Structure and properties of nanophase WC/Co/VC/TaC hardmetal. Nanostructured Materials, 1997. 9(1): p. 233-236.
[31] 蘇英源 and 郭金國, 粉末冶金學. 2001, 全華圖書股份有限公司. p. 19.
[32] 蘇英源 and 郭金國, 粉末冶金學. 2001, 全華圖書股份有限公司. p. 22.
[33] Bhaumik, S.K., G.S. Upadhyaya, and M.L. Vaidya, A transmission electron-microscopy study of WC-10Co cemented carbides with modified hard and binder phases. Materials Characterization, 1992. 28(3): p. 241-249.
[34] Poetschke, J., V. Richter, and R. Holke, Influence and effectivity of VC and Cr3C2 grain growth inhibitors on sintering of binderless tungsten carbide. International Journal of Refractory Metals & Hard Materials, 2012. 31: p. 218-223.
[35] Morton, C., D. Wills, and K. Stjernberg, The temperature ranges for maximum effectiveness of grain growth inhibitors in WC–Co alloys. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 2005. 23(4): p. 287-293.
[36] Mahmoodan, M., H. Aliakbarzadeh, and R. Gholamipour, Sintering of WC-10% Co nano powders containing TaC and VC grain growth inhibitors. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2011. 21(5): p. 1080-1084.
[37] Wang, X., Z.Z. Fang, and H.Y. Sohn, Grain growth during the early stage of sintering of nanosized WC–Co powder. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 2008. 26(3): p. 232-241.
[38] Seo, O., S. Kang, and E.J. Lavernia, Growth inhibition of nano WC particles in WC-Co alloys during liquid-phase sintering. Materials Transactions, 2003. 44(11): p. 2339-2345.
[39] Pang, C., J. Luo, and Z. Guo, Microstructure and properties of ultrafine WC-10Co composites with chemically doped VC. Rare Metals, 2011. 30(2): p. 183-188.
[40] Jaroenworaluck, A., et al., Segregation of vanadium at the WC/Co interface in VC-doped WC-Co. Journal of materials research, 1998. 13(09): p. 2450-2452.
[41] Lee, H.R., et al., Role of vanadium carbide additive during sintering of WC–Co: mechanism of grain growth inhibition. Journal of the American ceramic society, 2003. 86(1): p. 152-154.
[42] Sadangi, R., et al., Grain growth inhibition in liquid phase sintered nanophase WC/Co alloys. Advances in powder metallurgy and particulate materials, 1998. 1: p. 1-51.
[43] 曾培原, TiC與Co1.5CrFeNi1.5TiNb0.1V0.1燒結超硬合金之開發研究, in 國立清華大學材料科學工程研究所碩士論文. 2009.
[44] Enayati, M., G. Aryanpour, and A. Ebnonnasir, Production of nanostructured WC–Co powder by ball milling. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 2009. 27(1): p. 159-163.
[45] Suryanarayana, C., Mechanical alloying and milling. Progress in materials science, 2001. 46(1): p. 1-184.
[46] Fang, Z. and J.W. Eason, Study of nanostructured WC-Co composites. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 1995. 13(5): p. 297-303.
[47] Kim, J. and B. Kim, Synthesis of nanosized tungsten carbide powder by the chemical vapor condensation process. Scripta materialia, 2004. 50(7): p. 969-972.
[48] Hojo, J., T. Oku, and A. Kato, TUNGSTEN CARBIDE POWDERS PRODUCED BY VAPOR-PHASE REACTION OF WCL6-CH4-H2 SYSTEM. Journal of the Less-Common Metals, 1978. 59(1): p. 85-95.
[49] Rahaman, M.N., Ceramic Processing and Sintering. New York: M. Dekker, Inc. 270 Madison Avenue.
[50] 伍祖璁 and 黃錦鐘, 粉末冶金. 1996: 高立圖書有限公司.
[51] German, R.M., P. Suri, and S.J. Park, Review: liquid phase sintering. Journal of materials science, 2009. 44(1): p. 1-39.
[52] German, R.M., S. Farooq, and C. Kipphut, Kinetics of liquid sintering. Materials Science and Engineering: A, 1988. 105: p. 215-224.
[53] Porter, D.A. and K.E. Easterling, Phase Transformation in Metals and Alloys 2nd ed. 1992, U. K.: Nelson Thornes.
[54] Yeh, J.W., et al., Nanostructured high-entropy alloys with multiple principal elements: Novel alloy design concepts and outcomes. Advanced Engineering Materials, 2004. 6(5): p. 299-303.
[55] 蔡哲瑋, CuCoNiCrAlxFe高熵合金加工變形及微結構之探討, in 碩士論文. 2003: 國立清華大學材料科學工程研究所.
[56] 賴高廷, 高亂度合金微結構及性質探討, in 碩士論文. 1998: 國立清華大學材料科學工程研究所.
[57] 陳宣佑, Al-Cr-Fe-Mn-Ni高熵合金變形與時效行為之研究, in 碩士論文. 2004: 國立清華大學材料科學工程研究所.
[58] 黃炳剛, 多元高熵合金於熱熔射塗層之研究, in 碩士論文. 2003: 國立清華大學材料科學工程研究所.
[59] 郭彥甫, Al-Cr-Fe-Mn-Ni高熵合金變形及時效行為之研究, in 碩士論文. 2005: 國立清華大學材料科學工程研究所.
[60] 鄭耿豪, 利用射頻磁控濺鍍法製備高熵合金氮化物硬質薄膜, in 碩士論文. 2005: 國立清華大學材料科學工程研究所.
[61] 蘇英源 and 郭金國, 粉末冶金學. 2001, 全華圖書股份有限公司. p. 7.
[62] Schubert, W., et al., Hardness to toughness relationship of fine-grained WC-Co hardmetals. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 1998. 16(2): p. 133-142.
[63] Stevenson, W., Metals Handbook 9th ed. 1985, ASM, Ohio.
[64] Rasband, W.S., Image J. 1997-2006: U.S. National institute of Health, Bethesda, Maryland,http://rsb.nih.org/ij/.
[65] The Engineering ToolBox. Available from: http://www.engineeringtoolbox.com/index.html.
[66] CAMEO Chemicals. Available from: http://cameochemicals.noaa.gov/.
[67] Roebuck, B. and E. Almond, Deformation and fracture processes and the physical metallurgy of WC–Co hardmetals. International Materials Reviews, 1988. 33(1): p. 90-112.
(此全文未開放授權)
電子全文
摘要
 
 
 
 
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
* *