本發(fā)明涉及硬質(zhì)合金，尤其涉及一種耐腐蝕多主元粘結(jié)相硬質(zhì)合金的設(shè)計(jì)/制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、目前，能源需求的不斷增加促進(jìn)了對(duì)大陸和海洋地殼的深層鉆探活動(dòng)，對(duì)鉆井工具的耐久性提出了新的挑戰(zhàn)。硬質(zhì)合金因其硬度大、耐磨耐熱、耐腐蝕等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于海洋鉆探裝備，對(duì)于典型的wc-co硬質(zhì)合金，過(guò)度的腐蝕可能導(dǎo)致因粘結(jié)相損傷破壞整體結(jié)構(gòu)完整性，致使強(qiáng)度降低和碳化物骨架過(guò)早斷裂，因此，優(yōu)化硬質(zhì)合金的防腐性能對(duì)保證鉆井部件的使用壽命至關(guān)重要。硬質(zhì)合金的腐蝕行為受到金屬粘結(jié)相的相結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的影響。近年來(lái)，多主元素合金由于結(jié)合了可控相結(jié)構(gòu)(如fcc)和化學(xué)成分(如cr)對(duì)表面鈍化的好處而具有優(yōu)異的耐腐蝕性備受關(guān)注。cocrni多主元合金具有較好耐蝕性與強(qiáng)韌性能，但將其作為粘結(jié)相應(yīng)用到硬質(zhì)合金中尚未研究。co作為傳統(tǒng)的粘結(jié)相能起到良好的潤(rùn)濕性和結(jié)合性，ni具有更大的延展性和耐腐蝕性能，cr具有更好的抗氧化和耐腐蝕性能，且cocrni合金粘結(jié)相與硬質(zhì)相wc之間具有良好的潤(rùn)濕性。因此，考慮將cocrni多元合金作為粘結(jié)相引入硬質(zhì)合金體系提升硬質(zhì)合金耐腐蝕性性能。

2、硬質(zhì)合金的腐蝕行為還與腐蝕介質(zhì)有關(guān)，不同腐蝕環(huán)境會(huì)造成腐蝕機(jī)理以及腐蝕產(chǎn)物的差異。眾所周知，針對(duì)典型wc-co硬質(zhì)合金的腐蝕，co在酸性和中性溶液中易溶解，而wc是較穩(wěn)定且不易發(fā)生腐蝕。在堿性溶液中，對(duì)于co和wc的溶解過(guò)程尚未達(dá)成共識(shí)。此外，腐蝕介質(zhì)中鈍化膜的生成也會(huì)影響硬質(zhì)合金的耐腐蝕性能。在耐腐蝕硬質(zhì)合金制備過(guò)程中，僅僅通過(guò)元素添加很難得到令人滿意的結(jié)果，因此，通過(guò)引入多元新型粘結(jié)相并結(jié)合理論計(jì)算對(duì)硬質(zhì)合金進(jìn)行合理設(shè)計(jì)顯得至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種耐腐蝕多主元粘結(jié)相硬質(zhì)合金的設(shè)計(jì)/制備方法及應(yīng)用。

2、為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種耐腐蝕多主元粘結(jié)相硬質(zhì)合金的設(shè)計(jì)方法，其包括：

4、獲取目標(biāo)腐蝕性服役環(huán)境，根據(jù)所述目標(biāo)腐蝕性服役環(huán)境擬定目標(biāo)硬質(zhì)合金體系，所述目標(biāo)硬質(zhì)合金體系包括硬質(zhì)相對(duì)應(yīng)的硬質(zhì)元素和粘結(jié)相對(duì)應(yīng)的粘結(jié)元素；

5、建立所述目標(biāo)硬質(zhì)合金體系的相圖熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)；

6、根據(jù)所述相圖熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)所述目標(biāo)硬質(zhì)合金體系進(jìn)行pourbaix圖計(jì)算，獲取在所述目標(biāo)腐蝕性服役環(huán)境下所述目標(biāo)硬質(zhì)合金體系的推測(cè)腐蝕產(chǎn)物以及所述推測(cè)腐蝕產(chǎn)物對(duì)應(yīng)的免疫區(qū)與鈍化區(qū)，在所述粘結(jié)元素中選定多主元合金作為粘結(jié)相；

7、根據(jù)所述相圖熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)所述目標(biāo)硬質(zhì)合金體系進(jìn)行相圖計(jì)算，獲取相組成和相參數(shù)，所述相組成包括所述粘結(jié)元素的比例、所述硬質(zhì)相與所述粘結(jié)相的比例，所述相參數(shù)包括熱處理溫度；

8、將所述多主元合金、相組成以及相參數(shù)作為所述耐腐蝕多主元粘結(jié)相硬質(zhì)合金的設(shè)計(jì)輸出。

9、第二方面，本發(fā)明還提供一種耐腐蝕多主元粘結(jié)相硬質(zhì)合金的制備方法，其包括：

10、采用上述設(shè)計(jì)方法獲取在目標(biāo)腐蝕性服役環(huán)境下的設(shè)計(jì)輸出；

11、根據(jù)所述設(shè)計(jì)輸出，制備耐腐蝕多主元粘結(jié)相硬質(zhì)合金。

12、第三方面，本發(fā)明還提供上述制備方法制得的耐腐蝕多主元粘結(jié)相硬質(zhì)合金在制作海洋鉆探裝備中的應(yīng)用。

13、基于上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果至少包括：

14、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案通過(guò)熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立以及基于電化學(xué)能斯特方程進(jìn)行pourbaix圖計(jì)算和相圖計(jì)算的方法；對(duì)于腐蝕可能出現(xiàn)的產(chǎn)物與腐蝕免疫區(qū)與鈍化區(qū)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并通過(guò)微區(qū)電化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。針對(duì)不同粘結(jié)相的硬質(zhì)合金電化學(xué)腐蝕基本特性進(jìn)行選擇，為硬質(zhì)相匹配最優(yōu)的多主元粘結(jié)相，從而獲得耐腐蝕性能優(yōu)異的多主元粘結(jié)相wc基硬質(zhì)合金，所提供的設(shè)計(jì)方法能夠明確粘結(jié)相中的元素組成和相結(jié)構(gòu)，使用pourbaix圖和相圖指導(dǎo)設(shè)計(jì)合理的耐腐蝕硬質(zhì)合金制備工藝，提高了硬質(zhì)合金的制備效率，并建立起耐腐蝕硬質(zhì)合金成分-結(jié)構(gòu)-性能之間的內(nèi)在聯(lián)系；使用微區(qū)電化學(xué)測(cè)試驗(yàn)證為耐腐蝕性能提升硬質(zhì)合金的高效設(shè)計(jì)提供依據(jù)，從腐蝕產(chǎn)物結(jié)果預(yù)測(cè)角度指導(dǎo)高性能耐腐蝕多主元硬質(zhì)合金的設(shè)計(jì)與制備。

15、上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更清楚地了解本申請(qǐng)的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合詳細(xì)附圖說(shuō)明如后。

技術(shù)特征：

1.一種耐腐蝕多主元粘結(jié)相硬質(zhì)合金的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述硬質(zhì)元素包括w、ti、c、n中的任意多種組合；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述多主元合金的選定規(guī)則具體包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述相圖熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立過(guò)程具體包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述pourbaix圖計(jì)算的過(guò)程具體包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，還包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述微觀形貌的表征方式包括透射電鏡觀察、所述腐蝕模式的表征方式包括微區(qū)電化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

8.一種耐腐蝕多主元粘結(jié)相硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，具體包括：

10.權(quán)利要求8-9中任意一項(xiàng)所述的制備方法制得的耐腐蝕多主元粘結(jié)相硬質(zhì)合金在制作海洋鉆探裝備中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種耐腐蝕多主元粘結(jié)相硬質(zhì)合金的設(shè)計(jì)/制備方法及應(yīng)用。所述設(shè)計(jì)方法包括：獲取目標(biāo)腐蝕性服役環(huán)境，擬定目標(biāo)硬質(zhì)合金體系；建立相圖熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)；進(jìn)行Pourbaix圖計(jì)算，獲取推測(cè)腐蝕產(chǎn)物以及免疫區(qū)與鈍化區(qū)，選定多主元合金作為粘結(jié)相；進(jìn)行相圖計(jì)算，獲取相組成和相參數(shù)；將所述多主元合金、相組成以及相參數(shù)作為設(shè)計(jì)輸出。本發(fā)明所提供的設(shè)計(jì)方法能夠明確粘結(jié)相中的元素組成和相結(jié)構(gòu)，使用Pourbaix圖和相圖指導(dǎo)設(shè)計(jì)合理的耐腐蝕硬質(zhì)合金制備工藝，提高了硬質(zhì)合金的制備效率，并建立起耐腐蝕硬質(zhì)合金成分?結(jié)構(gòu)?性能之間的內(nèi)在聯(lián)系。

技術(shù)研發(fā)人員：?？煽?劉嘉毅,婁明,郝開(kāi)元,徐凱,呂健,鄧子旋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8