提高硬质合金性能的研究动向

        硬质合金在研发过程中遇到了强度和硬度之间的矛盾，即硬度高则强度低，强度高则硬度低。传统方法制备出的WC硬质合金的粒度总是大于其原始颗粒尺寸，通常在数个微米。这种大颗粒合金表现出明显的硬度和强度的矛盾以及较大的脆性和加工软化等问题。要同时实现硬质合金的高硬度和高强度，需要在颗粒尺寸为微米级的基础上进一步细化晶粒。减小WC的晶粒尺寸，可增大碳化物的接触数量和面积，理论上可以得到强度、硬度和韧性配合得更好的合金材料。制备纳米结构的合金材料被认为是解决这一问题的最佳途径。美国、日本、瑞典等国家已经生产出兼具高硬度（HRA大于90）和高强度（大于3200MPa）的纳米级硬质合金。 但是，许多国家在进行纳米级硬质合金的研究中都遇到了困难，主要问题有两个：一是制备出的纳米WC-Co复合粉末活性很大，对温度十分敏感，一遇高温会马上长大；二是很难解决硬质合金在烧结过程中致密度升高的同时晶粒长大的问题。目前的研发动向是改进制备超细WC-Co复合粉末的方法和改进烧结工艺。 在纳米WC-Co复合粉末的制备方法方面，研发了喷雾热转换法，机械-热综合活化法，直接还原碳化法以及等离子体法等。其中喷雾热转换技术和相关工艺最为成熟，机械-热综合活化法发展潜力最大，直接还原碳化法和等离子体法分别存在难以有效控制碳含量和生产成本高的局限性。 喷雾热转换法是目前工业应用最广泛的纳米WC-Co复合粉末的制备方法，其基本过程是直接将制作好的WC粉、Co粉、固溶体粉和成型剂进行配料计算，再加入酒精制成前驱体溶液在湿磨机上湿磨，使原料混匀，然后进行喷雾干燥。所获得的WC晶粒尺寸可达40nm。喷雾热转换法的主要优点是：（1）由于前驱体在溶液中以液相形式存在，分子得以充分扩散且均匀分布，使得在后续烧结工艺中容易控制晶粒的长大。（2）该技术材料浪费少，节约资源且对环境的污染也很小。（3）由于喷雾干燥过程是在封闭的循环系统中、在氮气保护条件下进行的，所以经过喷雾干燥后制得的混合料性能稳定，流动性好。 在烧结工艺方面，研发出许多新工艺，包括低压热等静压烧结，放电等离子烧结，微波烧结和选择性激光烧结等。现在应用最广泛的是低压热等静压烧结。该工艺是在低于常规热等静压的压力（大约6MPa）下，将脱蜡，预烧，真空烧结，热等静压等几个工艺合为一道工艺在一个设备内完成。低压热等静压烧结工艺制备的硬质合金致密度高，均匀性好，性能优良，而且该工艺具有生产周期短，工序少，能耗低，材料损耗小等优点。实验证明，与其它工艺对比，该工艺获得的WC-Co合金，金相组织均匀，未产生粗大的WC晶粒，其性能达到了硬度和强度双高的要求。（钢研）