耐蝕硬質合金研究

傳統硬質合金一般由硬質相碳化鎢（WC）與粘結相鈷（Co）組成，由於Co在WC上有著良好的潤濕性，因而WC-Co硬質合金具有高硬度、高密度、高強度以及良好的化學穩定性，它也被廣泛地運用於一些耐磨零部件和切削工具的製造中。但是作為粘結劑的Co耐腐蝕性較差，尤其是對於沖刷腐蝕，因此在粘結劑中加入一些其他元素或者尋找新的粘結劑是目前相關研究人員的主要研究方向。Co氧化腐蝕的原理是WC和Co在腐蝕溶液中形成電化學的兩個電極，電解液包圍形成閉合回路。WC作為催化劑，促進了電解液中O₂的分界，產生O^2-，形成陰極；而Co作為陽極被氧化，造成腐蝕。

較為常見的鎳Ni元素可以有效替代鈷Co的粘結作用並且能在一定程度上改善硬質合金的耐腐蝕性。但是其所形成的硬質合金硬度（HRA）受到了影響，相比于原先鎢鈷類硬質合金下降了0.5-1倍，強度也只有鎢鈷類硬質合金的70-80%，只適合於對強度、耐磨性要求不高的場合。此外，在粘結劑中加入鉻Cr元素也是一種較為常見的方法。其可顯著降低硬質合金在腐蝕環境下的腐蝕速率，還細化了硬質合金晶粒，強化了粘結相，不僅僅提高了硬質合金的耐腐蝕性能，對於各項綜合性能都得到了一定的改善。有實驗以WC-10（CoNi）硬質合金為研究物件，在粘結劑中加入了不同含量的鉻Cr後對其耐腐蝕性能進行檢測，發現Cr元素的加入顯著提高了硬質合金的耐腐蝕能力，包括硬度也隨著Cr的含量的上升而有所提高。另一個研究則是用WC-9Ni-0.57Cr硬質合金模擬在海水中的腐蝕行為，該研究發現在深海高壓、腐蝕性的環境下就耐腐蝕性能而言，相比于傳統的WC-Co體系的硬質合金，以Ni-Cr作為粘結相的硬質合金有更好的耐腐蝕能力。

近年來，一些國外的相關學者還研究了碳化鈦TiC、碳化鉭TaC以及碳化鉻Cr₃C₂的加入對於硬質合金耐腐蝕性能的影響。他們認為適量添加TiC這類陶瓷複合材料的增強體，可使合金的韌性提高，並且TiC和TaC具有優良的化學穩定性，只溶解於一些強酸、超強酸和鹼性氧化物溶液中；而Cr在粘結相中溶解會相應地在其表層形成一層鈍態膜，會在不改變強度的前提下，顯著降低電流密度，且合金中Cr與Co的比值越高，合金鈍性也就越高。除此之外，在粘結劑中加入鋁Al也是相關研究人員的一種新嘗試。從理論上說，粘結劑中的Al能形成Al的金屬鍵化合物（Co₃Al），會使得粘結相從結構和性能上發生根本性的改變，適量提高Al含量能夠提高合金高溫抗氧化性能以及耐腐蝕性能。最新的研究已進展到發展無粘結劑硬質合金，其不含或者含量極少的金屬粘結劑，硬度較高（可達95HRA以上），耐腐蝕性和抗氧化性也十分優異，但是斷裂韌性和抗彎強度較差，給加工帶來了極大的難度。總的來說，對於耐蝕硬質合金的研究主要包括三個方面，其一是粘結相的代替，其二是通過元素的加入強化粘結相，細化硬質相晶粒，其三是發展無粘結劑的硬質合金。

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