图书馆-报告库-中国机械工程学会表面工程分会

Oral Presentation基于理论计算和关键实验对WC/TiC基硬质合金进行成分设计与耐蚀机理研究

编号：163 访问权限：Participants Only 更新：2024-04-10 17:54:31 浏览：74次收藏取消收藏

2024-05-12 11:20

15min

[I2] 论坛8：腐蚀与防护技术B [I2-1] 论坛8B上午

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摘要

硬质合金因其高硬度、耐磨损等特点广泛应用于钻探机具钻头、轴承等关键零部件。然而，传统硬质合金设计过程中并未充分考虑耐蚀性能的要求，因而无法避免海洋钻探过程中海水钻井液带来的材料加速腐蚀失效问题。本工作以WC基和TiC基硬质合金为主要研究对象，基于理论计算对硬质合金粘结相进行成分优化设计，采用真空烧结方法制备了不同Al含量的WC基硬质合金，以及不同Nd₂O₃含量和Yb₂O₃含量的TiC基硬质合金。并对其组织结构、物相组成和力学性能进行表征，重点研究硬质合金在3.5 wt.% NaCl溶液中的电化学腐蚀性能和机理。计算结果表明，随着WC-Co中Al含量的增加，电偶腐蚀效应减弱，免疫区扩大，有利于提升硬质合金的耐腐蚀性能。实验结果证实Al含量增加使腐蚀电流密度降低了约两个数量级，且电荷转移电阻增加了一倍以上。与传统WC基硬质合金相比，Al元素改性粘结相表面损伤更小，合金的耐腐蚀性能得到改善。Nd₂O₃掺杂通过促进腐蚀产物中α-FeOOH形成有效提高TiC基硬质合金的耐腐蚀性，而掺杂Yb₂O₃的TiC基硬质合金耐蚀性优化效果不大。第一性原理计算也证实了Nd能促进α-FeOOH的形成。通过阐明了不同掺杂剂对腐蚀的影响，为今后开发新型耐蚀硬质合金钻探材料提供了新的思路。