鎢膠結熔融碳化物研究

W-Cemented Fused Carbides

陳尚遠(Shang-Yuan Chen)

指導教授 ： 陳瑞凱 ； 吳振名

國立清華大學/工學院/材料科學工程學系/碩士(2014年)

摘要

耐火金屬膠結熔融碳化物，是指碳化物以耐火金屬，藉熔融膠結在一起的複合材料，所以稱為refractory metal-cemented fused carbides。有別於以鈷或鎳，藉液相燒結而成的傳統燒結碳化物(cemented carbides)。此種新型塊狀複合材料，主要著眼於創造出同時具有高硬度、高熔點、與高韌性的膠結碳化物複合材料。本研究以鎢為耐火膠結金屬，以TiC, ZrC, NbC, TaC, WC, HfC, VC為碳化物，配製出八種含一元耐火膠結金屬，與含一至七元碳化物複合材料，探討其硬度、韌性、耐熱、電阻率、磨耗、切削與抗蝕等特性，其中六元碳化物有含VC與不含VC兩種，討論VC對微結構的影響。
本研究鎢膠結熔融碳化物為樹枝晶與樹枝間晶複合結構。整體硬度介於1400至2000 HV之間，韌性介於6.5至11 MPa m1/2之間，隨著碳化物多元添加，微結構、硬度、韌性的變化，沒有明顯趨勢，但MC型碳化物樹枝晶的分相硬度，可達3050 HV。與碳化矽砂輪帶或氧化鋁砂輪帶對磨，在3公斤荷重磨耗阻抗下，可分別達3.7與160 m/mm3，與整體硬度呈正相關，高磨耗阻抗尚與鎢膠結熔融碳化物之適當韌性有關。本研究鎢膠結熔融碳化物，1000oC高溫硬度，介於800至1450 HV之間，在添加碳化物後，能有效提升鎢在2500°C的超高溫環境下的熔損阻抗，延長在此嚴苛環境下的使用壽命。初步研究，在相同條件下，本研究試片較商用燒結WC-Co之常溫車削表現稍差。本研究八種鎢膠結熔融碳化物的抗蝕能力，在1 M H2SO4, 1 M HCl, 與3.5 wt. ％ NaCl個別水溶液環境下，比商用燒結WC-Co優越。本系統複材的室溫電阻率為1200 – 1400 μΩ cm，比所含碳化物大20至30倍，介於合金與半導體之間；室溫熱導率為27 – 31 W m-1 K-1，比所含碳化物的室溫熱導率20 – 21 W m-1 K-1稍大。
綜上所示，本研究鎢膠結熔融碳化物，適用於石油探勘與車削刀具之工具製造、水泥工業與金屬工業之軋延輥輪的硬面焊材、與核能發電、火箭、與噴射引擎之耐火部件。

關鍵字

高溫硬度 ； 碳化物 ； 複合材料 ； 融熔

參考文獻

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