耐蚀硬质合金研究

传统硬质合金一般由硬质相碳化钨（WC）与粘结相钴（Co）组成，由于Co在WC上有着良好的润湿性，因而WC-Co硬质合金具有高硬度、高密度、高强度以及良好的化学稳定性，它也被广泛地运用于一些耐磨零部件和切削工具的制造中。但是作为粘结剂的Co耐腐蚀性较差，尤其是对于冲刷腐蚀，因此在粘结剂中加入一些其他元素或者寻找新的粘结剂是目前相关研究人员的主要研究方向。Co氧化腐蚀的原理是WC和Co在腐蚀溶液中形成电化学的两个电极，电解液包围形成闭合回路。WC作为催化剂，促进了电解液中O₂的分界，产生O^2-，形成阴极；而Co作为阳极被氧化，造成腐蚀。

较为常见的镍Ni元素可以有效替代钴Co的粘结作用并且能在一定程度上改善硬质合金的耐腐蚀性。但是其所形成的硬质合金硬度（HRA）受到了影响，相比于原先钨钴类硬质合金下降了0.5-1倍，强度也只有钨钴类硬质合金的70-80%，只适合于对强度、耐磨性要求不高的场合。此外，在粘结剂中加入铬Cr元素也是一种较为常见的方法。其可显著降低硬质合金在腐蚀环境下的腐蚀速率，还细化了硬质合金晶粒，强化了粘结相，不仅仅提高了硬质合金的耐腐蚀性能，对于各项综合性能都得到了一定的改善。有实验以WC-10（CoNi）硬质合金为研究对象，在粘结剂中加入了不同含量的铬Cr后对其耐腐蚀性能进行检测，发现Cr元素的加入显著提高了硬质合金的耐腐蚀能力，包括硬度也随着Cr的含量的上升而有所提高。另一个研究则是用WC-9Ni-0.57Cr硬质合金模拟在海水中的腐蚀行为，该研究发现在深海高压、腐蚀性的环境下就耐腐蚀性能而言，相比于传统的WC-Co体系的硬质合金，以Ni-Cr作为粘结相的硬质合金有更好的耐腐蚀能力。

近年来，一些国外的相关学者还研究了碳化钛TiC、碳化钽TaC以及碳化铬Cr₃C₂的加入对于硬质合金耐腐蚀性能的影响。他们认为适量添加TiC这类陶瓷复合材料的增强体，可使合金的韧性提高，并且TiC和TaC具有优良的化学稳定性，只溶解于一些强酸、超强酸和碱性氧化物溶液中；而Cr在粘结相中溶解会相应地在其表层形成一层钝态膜，会在不改变强度的前提下，显著降低电流密度，且合金中Cr与Co的比值越高，合金钝性也就越高。除此之外，在粘结剂中加入铝Al也是相关研究人员的一种新尝试。从理论上说，粘结剂中的Al能形成Al的金属键化合物（Co₃Al），会使得粘结相从结构和性能上发生根本性的改变，适量提高Al含量能够提高合金高温抗氧化性能以及耐腐蚀性能。最新的研究已进展到发展无粘结剂硬质合金，其不含或者含量极少的金属粘结剂，硬度较高（可达95HRA以上），耐腐蚀性和抗氧化性也十分优异，但是断裂韧性和抗弯强度较差，给加工带来了极大的难度。总的来说，对于耐蚀硬质合金的研究主要包括三个方面，其一是粘结相的代替，其二是通过元素的加入强化粘结相，细化硬质相晶粒，其三是发展无粘结剂的硬质合金。