WC含量对Ni_3Al-WC复合材料组织的影响

　　金属间化合物M3A1具有较高的加工硬化率和较特珠的高温性能，因而被广泛认为是下一代高温结构材料和高温耐磨材料之一，特别是在发现B可改善其塑性后，更是受到了广泛的重视和研究a1b.为了进一步提高Ni3A1合金的综合性能，很多研究工作者在Ni3A1合金中加入强化相制成金属间化合物复合材料，即IMCs.本研究工作在前期开发了一种固相和液相结合的新型制造工艺，因此研究这种新型生产工艺中WC含量对组织的影响。

　　1试验材料和方法1Cr25Ni20Si2耐热钢上用氩弧的方法堆焊制得，它的工艺路线为选配料一一机械合金化一一挤压成焊条坯料一一预处理――焊条烧结――堆焊。

　　粉末配料为NiA1粉、Ni粉、Fe-B粉和WC粉。

　　没有直接选用Ni%Al粉末作为原料。因为加B的Ni%Al合金的韧性较好，不易破碎；而用雾化方法制成的粉末氧含量过高，对最终的复合材料会有不利的影响。而用真空熔炼纯净的NiAl合金较为容易，而且NiAl合金很脆，易于破碎成粉末。其它粉末可从市场上很经济地直接购买到。各粉末的主要性能见表1.表1粉末原料的性能粉末粒径/！

　　纯度（质量比）的比例混合在干式球磨机中在氩气保护下球磨30h粒度达到300目。球磨好的粉末以石腊作粘接剂在压机上制成焊条坯料，然后在氪气保护下脱腊，在1 3205真空中烧结成形，制得各种WC含量的复合材料焊条。

　　氩弧焊堆焊成形堆焊层的厚度为5-699.然后在垂直焊接面的方向取样，与球磨后的粉末样及焊条样一起做X射线衍射分析。用XA-8800R型电子探针观察焊层的组织形态，并用能谱分析第二相和基体的成分电子探针的工作电压为20kV. 2试验结果2.1相组成的变化XRD分析表明，昆合粉末经球磨后即有Ni3Al生成此时混合粉末中只有NW和WC两个相。烧结后相组成没有变化，但经堆焊后基体由金属间化合物NisAl转变成Ni3（AlTi）C.随着原料中WC含量的降低第二相也不仅是WC还出现了W2C相和Al23两个新相WC含量与堆焊后相组成的关系见表2.表2 WC含量对相组成的影响30球磨混合粉30焊条30堆焊层20堆焊层10堆焊层5%堆焊层少量相组成2.2组织形貌的变化在含30%WC的焊条中，第二相颗粒分布成项链状，颗粒较细小，最大尺寸不超过20！

　　9，如。能谱分析表明，浅灰色的颗粒为W和Ti的复合碳化物，其中！（Ti）可以达到32，以上，而较亮的颗粒为W的碳化物。这两种碳化物中都含有一定量的Ni，W和Ti的复合碳化物中含3.95%Ni，而W碳化物中含1.88，Ni.基体中也含有少量W和Ti. 2.2.230%WC焊条堆焊后的组织面可获无裂纹的焊接表面。

　　在电子探针下观察可以发现，含30%WC的堆焊层组织可以分为3层外层含有较多的针状碳化物和少量颗粒状碳化物，如。能谱分析表明这种针状碳化物为W的碳化物，但其中的Ni和Al的含量较焊条中的含量高，基体中的/含量高达3.27%也比焊条基体中的W含量高很多。

　　30%WC堆焊复合材料的外层形貌中间层组织含有较多的长方形碳化物和少量颗粒状碳化物而不含针状碳化物，如（a），能谱分析表明这种长方形的碳化物有W碳化物，也有W和Ti的复合碳化物，其中的Ni和Al的含量都比焊条中高基体中的W含量也比焊条中高。中间层中还有一些典型的铸态树技状碳化物，面扫描分析表明它是W和Ti的复合碳化物如b.分析表明孩心颗粒是Al等元素的氧化物如b.2.2.5 51WC焊条堆焊后的组织3讨论能谱分析还发现，靠近内层的中间层中的Fe和Cr的含量显著提高，分别达到了3.561和1.191不仅高于焊条基体中的含量，也高于外层基体中的含量。

　　301WC堆焊复合材料的内层中的大部分碳化物呈针状如与外层碳化物的形态相似也有W碳化物和W、Ti复合碳化物两种类型。而这一区域基体中的Fe、Cr含量更高，分别达到了201WC堆焊复合材料的组织结构与301WC相似，但其中的碳化物较细小。

　　101WC堆焊复合材料的外层碳化物形态与301WC相似，但其碳化物针较细小，如a局部有少量圆形碳化物包裹着黑色颗粒，能谱面扫描在WCNiAl，NiB和Ni的混合粉末的球磨过程51WC堆焊复合材料的组织与前述材料的组织有很大的不同，整个堆层中第二相的形态都相同都是球形的，即使在外层也没有针状碳化物出现，而且大部分球形碳化物的孩心含有氧化物如所示。

　　中iAl，NiB和Ni发生了机械合金化生成Ni3Al.钢铁研究学报。1997，9增刊：1~8.索进平等！i3Al复合材料的生产工艺。材料科学与T.W.克莱茵U.威瑟斯著，余永宁，房志刚译。金属基复合材料导论。北京：台金工业出版社，1996李荣久主编陶瓷-金属复合材料，台金工业出版社，（编辑张积滨）