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粗晶硬质合金由于碳化钨(WC)晶粒的粗晶特性,呈现出了比细晶硬质合金更高的韧性、红硬性、抗热冲击以及热疲劳性能,被广泛应用于冲击工具、耐磨耐蚀零部件及硬质合金涂层等领域。然而,无论是硬质合金烧结工具还是耐磨涂层的制备,均存在粗晶特性丧失、组织不均匀、气孔缺陷多等共性问题,严重制约着其服役性能。其根源在于复合粉体的常规球磨制备技术,为获取高的均匀性需要长时间的高能载荷混合,严重破坏了 WC的原始晶粒度。如何协同解决WC粗晶粒度维持和两相高度均匀化难以同时兼顾的矛盾是制备高性能硬质合金烧结工具和涂层的关键问题。截止目前,一系列物理改性和化学合成方法被提出,但由于这些技术本身均存在着解决均匀性或者晶粒度的单一性,不能两者兼顾,因此,仍未取得根本性的突破。针对此问题,本研究提出了基于流化床化学气相沉积(Fluidized bed chemical vapor deposition,FBCVD)技术可控制备粗晶Co包覆WC复合粉体的新思路,旨在利用FBCVD不改变颗粒原始晶粒度且能实现两相均匀化的特性,解决现有方法制备WC-Co复合粉体的局限性。取得的主要创新性成果如下:(1)提出并验证了 FBCVD用于可控制备高质量粗晶WC-Co复合粉体新思路的可行性。优选了以CoCl2为前驱体的CoCl2-H2-Ar的反应体系,确定了沉积温度范围750-850℃,CoCl2与H2的进料摩尔比控制在1:5以下。探明了 Co的沉积生长机制:Co优先在颗粒的棱角、凸起、台阶以及球磨破碎引入的Co杂质富集处等位置形核沉积,并以岛状生长模式长大。(2)揭示了高温下沉积在WC颗粒表面金属Co的粘结是导致失流出现的根本原因。探明了金属Co的沉积与WC颗粒流化之间的协同竞争关系:WC颗粒的长时间流化有利于Co沉积含量的增加,但Co含量的增加却导致WC颗粒快速失流。发现了温度是协调该竞争关系的主要因素,降低沉积温度虽有利于增加WC颗粒流化时间,但Co的沉积效率较低;提升沉积温度可明显增加金属Co的沉积速率,但会降低WC颗粒流化时间,由此确定了最佳沉积温度为800℃。实验范围制备得到的复合粉体的Co含量最高为3.44 wt.%。(3)发现了 FBCVD在WC颗粒表面沉积的Co催化剂具有强自催化化学镀反应的能力。通过调节FBCVD温度及时间可制备得到含量在0.05-0.72 wt.%,颗粒尺寸在15～50 nm之间的Co催化剂。颗粒大小是影响化学镀Co速率的主要因素,颗粒尺寸越小,催化反应速率越快。确定了 FBCVD制备Co催化剂的最佳条件:温度750℃,时间3 min,其Co含量约为0.09 wt.%,颗粒尺寸约为20 nm。并优化了化学镀反应条件:温度80℃,pH值为12,络合剂浓度为55.0 g/L,还原剂浓度为100.0 g/L。该条件下的化学镀Co速率高达2.34 mg·g-1·min-1。(4)揭示了新型复合粉体热压烧结过程中的晶粒生长行为,并建立了以维持粗晶特性为主要目的的烧结新制度。Co包覆WC复合粉体大大降低了 WC之间的接触概率,有效抑制了固相烧结阶段WC晶粒因相互接触黏结导致的聚集再结晶长大,与球磨复合粉体相比,合金的平均晶粒尺寸下降约8%。优化的热压烧结工艺为:烧结温度1350℃,烧结压力10-15 MPa。制备的硬质合金具有优异的性能:硬度1267 MPa,断裂韧性14.19 MPa·m1/2,横向断裂强度2383 MPa。(5)证实了新型复合粉体在激光熔覆及等离子体喷涂中具有良好的适应性,并开发了高性能涂层的制备新工艺。新型粉体的Co包覆特性能够有效避免WC颗粒间的相互接触黏结长大、降低高温下WC的直接氧化、减少WC直接与基体接触造成的粉末飞溅,因此能够有效维持粗晶特性、降低涂层孔隙和裂纹的产生、提高涂层的组织均匀性、抑制碳损失以及维持良好界面。与基体相比,激光熔覆涂层硬度提高近5倍,磨损率仅为基体的5%。等离子体喷涂涂层硬度为基体硬度的3.9倍,磨损率仅为基体的10%,大大提高了基体的耐磨性能。