梯度硬质合金及耐磨涂层的计算模拟和实验验证

陈伟民^1,2，王威威^1,2，周鹏^1,2，彭英彪^1,2，张伟彬^1,2，王爱军^1,2，陈利^1,2,3,4，杜勇^1,2

1. 中南大学粉末冶金国家重点实验室3. 硬质合金国家重点实验室4. 株洲钻石切削刀具股份有限公司

摘 要：建立了多组元硬质合金W-C-Co-Ti-Cr-Ta-Nb-N体系热力学及动力学基因库。利用所建立的热力学及扩散动力学基因库,模拟了WC-Ti（C,N）-TaC-Co硬质合金梯度层形成过程,计算所得各相体积分数及组元成分与实验结果相吻合。采用SEM和EDS等方法对不同N气氛下梯度烧结所获得的WC-Ti（C,N）-Co梯度硬质合金进行了合金表面组元成分分布测定,并对样品梯度层的形成进行了模拟,模拟能很好地描述实验结果。基于第一原理计算和实验对广泛应用的三元Ti-Al-N耐磨涂层体系的结构、力学、热力学性质和调幅分解曲线,以及调幅分解析出立方二元氮化物的性能进行了研究。计算结果与已有实验值符合较好,可为高性能硬质合金和多元涂层的开发设计提供理论指导。最后提出了硬质合金及耐磨涂层研发的基因框图。

关键词：梯度硬质合金;涂层;CALPHAD;第一性原理;