如何製備超細晶硬質合金？

根據碳化鎢（WC）晶粒尺寸的不同，硬質合金可以分爲細晶硬質合金、超細晶硬質合金、粗晶硬質合金和超粗晶硬質合金等，它們的熱力學性能和用途略有區別。值得一說的是，與其他晶粒度的硬質合金相比，超細晶硬質合金的機械性能、韌性和硬度都會更好一些，所以在刀具領域應用範圍也會更大一些。

然而，超細晶硬質合金的生産相對困難。當前，雖然可以通過添加抑制劑的方法來抑制碳化鎢晶粒的長大，但是需要較長的球磨時間才能混合均勻。然而，長時間的球磨處理却會增加粉末的缺陷數量和表面能，進而導致後續緻密化過程中碳化鎢晶粒异常長大。

爲了解决上述的問題，北京科技大學研究者在原位添加法的基礎上，采用三步法合成了全新的超細晶硬質合金，即碳化釩（VC）增强的鎢鈷（WC-Co）類硬質合金——WC-Co-VC硬質合金。

WC-Co-VC硬質合金的製備步驟包括前驅體形成、脫氧和碳化燒結。前驅體形成是指將仲鎢酸銨、草酸鈷和偏釩酸銨的混合物煆燒，得到三氧化鎢、鎢酸鈷和五氧化釩的混合物的過程；脫氧是指加入適量的炭黑，將前驅體粉末中所有的氧氣去除的過程；碳化燒結是指將所需炭黑量與脫氧産物再次混合，通過碳化-燒結反應生成WC-12Co-xVC硬質合金的過程。

研究表明，隨著VC含量的增加，硬質合金的硬度會隨之增大，而斷裂韌性會變差。當VC含量小于2wt%時，WC晶粒間分布的V4WC5薄層會顯著阻礙WC晶粒的生長；當VC含量大于2wt%時，會産生V4WC5薄層和粒徑較大的V4WC5，使最終燒結試樣中WC和V4WC5的平均晶粒尺寸大于VC含量較低的硬質合金。

該研究成果已以“Enhancement of the mechanical properties of ultrafine-grained WC-Co cemented carbides via the in-situ generation of VC”爲題發表在Journal of Alloys and Compounds上。

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