超細晶WC-Co硬質合金的製備

由WC和Co組成鎢鈷類硬質合金具有優異的硬度和耐磨性等性能，是一種應用廣泛的工具、結構材料。但鎢鈷類硬質合金中的橫向斷裂強度與硬度之間存在排斥現象，即提升強度則會損害硬度，提升硬度則必導致其強度減弱。這是一個一直難以解決的技術難題。研究表明，顯微組織具有超細晶特點的鎢鈷類硬質合金，可以實現強度與硬度的同步提升；一般要求，晶粒度在0.2~0.5微米的鎢鈷類硬質合金可稱為超細晶硬質合金。然而，在製備WC-Co硬質合金的燒結階段，晶粒會產生晶粒長大現象。為了實現鎢鈷類硬質合金的細小晶粒度，一般從兩個方面著手。傳統的方法是以WC和Co混合粉末為原料，球磨後混合制粒，然後壓制成形，再進行壓力燒結。為了避免晶粒長大，在混合粉末中添加VC和Cr2C3等晶粒長大抑制劑。另一種思路是採用晶粒度小的WC-Co複合粉末作原料。山東勞動職業技術學院遵循第二種思路，採用經噴霧轉化、煆燒、低溫還原碳化工藝製備出的納米晶WC-6%Co複合粉末為原料，其中平均晶粒尺寸在50納米以下且分佈均勻，不添加晶粒長大抑制劑，經濕磨、成形和壓力燒結工藝，成功製備出晶粒度在400納米左右的超細晶WC-Co硬質合金，取得了良好效果。

對所獲材料顯微組織的檢測表明，他們用複合粉末製備的硬質合金晶粒尺寸小於0.5微米，屬超細晶粒範疇，且WC晶粒大小分佈均勻，WC之間均有Co相起粘結作用，搭橋現象大為減少，部分晶粒棱角發生了溶解消除，邊緣更加圓滑，使合金在應用時不容易出現應力的過分集中。這些都有利於提高材料的力學性能。而傳統方法混合粉末製備的合金中WC晶粒存在異常長大現象，這必將嚴重損害超細硬質合金的力學性能。

橫向斷裂強度與硬度的檢測證明，以複合粉末為原料製備的超細晶WC-Co硬質合金的強度與硬度均高於傳統混合粉末製備的材料。特別是複合粉末製備試樣的橫向斷裂強度達到4304N/mm2，遠高於混合粉末製備試樣的橫向斷裂強度（3200N/mm2）；複合粉末製備的試樣硬度為93.1HRA，也優於混合粉末製備試樣的硬度（91.5HRA）。分析認為這與複合粉末的WC晶粒度細小，平均晶粒尺寸在50納米以下且分佈均勻，複合粉末中組元分佈較均勻，W、C、Co三種組元分佈達到分子級均勻等有關。

他們的試驗還發現，以複合粉末為原料製備的超細晶WC-Co硬質合金的與傳統方法製備的材料在矯頑磁力值上具有明顯差別。根據分析，合金中Co含量相同時，隨著WC晶粒度的減小，Co相分散度增加，其平均自由程減小，矯頑磁力會增大。複合粉末製備試樣矯頑磁力為34kA/m，傳統方法製備的試樣為26.7kA/m。由此也可證明以複合粉末為原料製備的超細晶WC-Co硬質合金中WC晶粒度比傳統混合粉末製備的試樣晶粒度小。

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