北京工业大学宋晓艳教授团队针对硬质合金工程应用中出现的实际问题,进行了系列基础研究。课题组于2013年在国际上首次制备出高致密度均匀组织的纳米晶硬质合金块体材料,兼具高硬度与高韧性,并提出了纳米晶双相硬质合金的界面共格韧化理论 (Acta Mater. 2013, 61, 2154-2162),进而在原位力学实验中得到全面验证 (Mater. Res. Lett. 2017, 5, 55-60)。最近,课题组结合理论建模和实验设计,深入研究了硬质合金材料中可能出现的各种“界面组织”,发现了若干种2-6个原子层厚的界面组织的形成、影响因素及其稳定化途径和微观机制。结合添加剂优选和成分微调,实现了界面组织稳定性的准确调控,提出了含有V、Cr、Ti、Ta、Nb等元素的多种硬质合金中原子尺度的相界面匹配对材料抗沿晶断裂的作用机理。进一步,通过晶粒长大抑制剂优化和烧结致密化温度的协同调控,获得了界面组织稳定性、表面能各向异性对低能晶界Σ2和Σ13a的形成和演变的影响规律。由此突破了在硬质合金中提高WC/Co共格相界与WC/WC低能晶界分布比例的可控制备难题。相关成果分别以“Complexions in WC-Co cemented carbides”和“Low-energy grain boundaries in WC-Co cemented carbides”为题连续发表在Acta Mater. 2018, 149, 164-178和Acta Mater. 2019, 175, 171-181 (第一作者均为博士生刘兴伟)。以基础研究为指导,课题组与企业合作批量制备出了平均横向断裂强度超过5200MPa、断裂韧性超过13.0MPa·m1/2的超高强高韧硬质合金棒材,断裂强度值为目前国际上报道的同类硬质合金中断裂强度的最高性能指标。 |
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