碳化钨钼钽固溶复合粉末如何强化金属陶瓷

由硬质相和粘结相组成的碳化钛（TiC）金属陶瓷材料，因具有更高的硬度和耐磨性、足够的强度和韧性、高的耐热性、良好的化学稳定性等特点，是现代高效高速切削可转位刀具材料的最佳选择。但其致命弱点是脆性大、韧性不足，并且硬质相与粘结相的匹配润湿问题目前尚未得到解决。

碳化钨（WC）、碳化钼（Mo₂C）、碳化钽（TaC）同属于过渡金属碳化物，具有较高的硬度、熔点等特点。大量的研究表明，在金属陶瓷中添加适量的碳化钨，可改善粘结相对硬质相的润湿性，另一方可使硬质相晶粒明显细化，从而使合金的力学性能提高。而Mo或Mo₂C可改善液相金属粘结相对 TiC 颗粒的润湿性，在完全润湿的条件下，TiC 颗粒不出现聚集结晶，抑制了烧结时碳化物相晶粒的长大。在金属陶瓷中添加TaC可以明显的细化硬质相的颗粒，提高材料的耐磨性，抗氧化能力和热导率，并且能够提高金属陶瓷的红硬性和抗热冲击性能，从而提高金属陶瓷刀具的断续切削性能。

金属碳化物的加入方法决定了金属元素的分布状态。为了强化金属陶瓷材料的性能，有学者制备出一种微纳米碳化钨/钼/钽固溶复合粉末，用于强化钛金属陶瓷，其过程如下：

（1）配料：称取钨粉850g、钼粉420g、钽粉420g以及石墨粉150g，并加入75g氧化铈粉末；钨粉、钼粉、钽粉以及石墨粉的纯度>99.9%，平均粒径为20~100μm；氧化铈粉末的平均粒径＜20μm；

（2）高能球磨固相反应：将步骤（1）配得的原料与碳化钨球一起装入不锈钢真空球磨罐进行高能球磨，球料比为10:1，球磨速度为300转/min，球磨时间为36h，得到 (Mo,Ta)C 固溶体粉与W+C+(W,Mo,Ta)C混合粉末；

（3）热化合反应：将步骤（2）得到的反应产物放入高温气氛炉中，在氮氢混合气体气氛下，于800℃条件下进行热化合反应60min，得到平均粒径100nm左右、分布均匀的碳化钨钼钽固溶复合粉末；反应完成后关闭氢气，在氮气保护下将得到的碳化钨钼钽固溶复合粉末冷却至室温后，在氮气保护下真空包装。

制备得到的碳化钨/钼/钽固溶复合粉末为微纳米级且分布均匀。试验表明，将碳化钨钼钽固溶复合粉添加进金属陶瓷粉末中，除了上述金属碳化物的分散强化、润湿、晶粒细化的作用外，Mo、W、Ta 等金属元素在烧结温度下将向 TiC 颗粒均匀扩散，并取代 TiC 晶格中的 Ti，减少TiC 颗粒之间的接触，防止它们发生聚集长大，使 TiC 基金属陶瓷晶粒更细，组织更加均匀，对于金属陶瓷整体性能的提高有显著作用。

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