硬质合金具有高强度、高硬度、高弹性模量和低热膨胀系数等优点,在切削刀具、石油与矿产勘探、精密模具和耐磨零件等领域有着广泛应用,因此受到国内外学术界、产业界的重视,成为新型工具和结构材料的研究热点之一。钨钴类(WC-Co)硬质合金是该领域材料的研究主题,其中金属钴(Co)是合金材料韧性的前提,碳化钨(WC)作为硬质相是材料高硬度的保证。但Co是一种昂贵而稀缺的战略资源,且由于其特殊的物理、化学性能,在催化剂、电池、电子部件等领域的需求量也在增加。此外,由于Co的低熔点、高温时易软化、高化学活性等特点使得合金材料的硬度和耐蚀性受到影响。因此,研制兼具高硬度和高韧性、原材料易得的新型复合材料,成为钨钴类合金的理想替代物,具有重要的战略和经济意义。本文中,以氧化镁(MgO)作为Co的替代材料,采用机械合金化法制备出具有纳米结构的WC-MgO复合粉末以及运用热压烧结工艺获得WC-MgO块体复合材料。研究工作从分析复合粉末的烧结致密化过程开始,通过改善烧结体的显微组织结构来提高其力学性能,然后再考察该材料的腐蚀、磨损等性能。主要工作包括：研究复合粉末的烧结致密化过程；设计针对纳米复合粉末的热压烧结工艺,系统观察烧结过程中材料显微结构变化；考察该复合材料的断裂韧性；研究烧结试样在酸性、碱性环境中的腐蚀和腐蚀磨损行为；探讨烧结试样的抗冲蚀磨损规律；比较添加晶粒长大抑制剂(碳化钒／碳化铬)对烧结试样组织和性能的影响等内容。主要研究结果如下：1.对于具有纳米结构的WC-MgO复合粉末而言,烧结温度和时间对其成型块体的致密化程度有着重要影响。研究了该复合粉体在烧结过程中的致密化速率,运用主烧结曲线理论对该粉体在不同加热速率下的致密度演化过程进行研究。结果表明：适合于WC-4.3wt.%MgO纳米复合粉末的烧结温度区间为1500℃-1800℃。基于全期烧结模型理论,建立了该纳米复合粉体的主烧结曲线,并估算出该粉体的烧结激活能为361.8kJ/mol。经过多组重复实验验证该主烧结曲线的有效性。已建立的主烧结曲线可以预测复合粉体在不同加热速率或不同保温时间条件下的致密度化速率和最终致密度,并且实现根据所需的最终致密度来制定相应的烧结工艺。2.以同样的纳米复合粉末为研究对象,系统地分析不同热压烧结制度对烧结体的致密度和晶粒生长过程的影响,研究添加碳化钒(VC)和碳化铬(Cr3C2)对烧结体的致密化过程、晶粒生长和力学性能的影响。实验结果表明：综合考量材料在烧结过程中的致密化程度与晶粒生长速率,确定了最佳的烧结制度为烧结温度1650℃、保温时间90min、烧结压力39.6MPa的真空条件。在此条件下可获得致密度97.58%TD、维氏硬度15.43GPa、抗弯强度1065.3MPa的块体烧结材料。添加一定量的VC/Cr3C2可以减缓烧结体的致密化速率并有效地抑制晶粒生长过程,促使晶粒生长时所需激活能从426.85kJ/mol增加至492.53kJ/mol,进而细化基体WC的显微组织,提高MgO颗粒分布的均匀性以及颗粒与基体的结合性能,以致提高其宏观力学性能。3.以在最佳烧结制度条件下获得的块体复合材料为研究对象,考察烧结试样的断裂韧性。研究烧结试样的断裂韧性受加载载荷变化的影响,准确地确定该材料断裂韧性值并且分析其增韧机制。研究结果表明：在研究烧结试样的压痕断裂韧性时,得出Niihara力学模型能够较准确的估算此类新材料的压痕断裂韧性,对应硬度加载载荷为49N。结合断裂力学模型分析发现,较小的第二相颗粒粒径与均匀的第二相颗粒分布状态使裂纹在该复合材料中扩展路径加长,发生偏转,产生一定的增韧效果。4.采用浸泡腐蚀和电化学腐蚀方法对不同成分烧结试样在酸性(pH=1)和碱性(pH=13)环境下的腐蚀行为进行研究,探讨添加VC/Cr3C2对WC-MgO复合材料耐蚀性的影响,考察烧结试样在两种腐蚀环境下的磨损规律,研究结果表明：在酸性溶液中,第二相MgO颗粒优先被溶解,而基体WC保持稳定,烧结体呈现出较好的耐蚀性和钝化趋势,钝化膜是由WO3·H2O和WO3·2H2O组成,添加VC/Cr3C2后材料的耐蚀性得到提高。然而,在碱性溶液中,基体WC受到明显的腐蚀,基体与第二相界面被破坏,材料无钝化现象,力学性能受严重影响,且添加VC/Cr3C2加速了材料的腐蚀速度。类似于耐蚀性的差异,烧结试样在酸性环境中的耐磨性较高,且组织细化能够提高其耐磨性；在碱性环境中烧结试样的磨损量较高,且组织细化未能显著的帮助材料减少磨损量。5.以石英砂(SiO2)为冲蚀颗粒,考察不同冲蚀角度下烧结试样的冲蚀磨损规律,建立一种微观动力学模型以深入研究冲蚀条件和靶材的显微组织对磨损机制的影响。研究结果表明：WC-MgO复合材料的冲蚀磨损规律与陶瓷类材料类似,随着冲蚀角度的增加,冲蚀磨损量也增加。靶材受颗粒冲蚀时材料表面发生沿晶断裂和穿晶断裂。添加VC/Cr3C2后,材料在各个角度的磨损量均有减少,且高角度(90。)冲蚀时其抗冲蚀能力的提高程度最为明显。基于牛顿力学定律和材料自身的性能(杨氏模量、屈服强度、拉伸强度和断裂强度)建立了一种用于模拟WC-MgO复合材料冲蚀磨损行为的微观动力学模型,发现晶粒尺寸和晶界强度对抗冲蚀磨损能力有重要影响：只有当晶界强度足够强时,晶粒细化才能发挥其正面有效的作用；当晶界强度很弱时,晶粒细化反而加速了材料的磨损。本文中,作者以纳米WC-MgO复合粉末及其热压成型技术为研究基础,利用现代测试技术,对热压烧结成型的复合材料的物相、显微组织、力学性能、腐蚀行为、腐蚀磨损和冲蚀磨损规律进行深入研究,探讨晶粒长大抑制齐(VC/Cr3C2)对烧结试样的组织和性能的影响,为WC-MgO复合材料的进一步研究和推广奠定了坚实的基础。