随着现代化工业的迅猛发展,硬质合金凿岩工具在服役过程中承受的冲击及表面与岩石间发生的剧烈碰撞越来越明显,高效、耐久、经济的硬质合金已成为矿用工具制造者和科研工作者所追求的目标。然而,传统的矿用硬质合金工具存在硬度与韧性之间的矛盾:硬度越高,韧性就越低,这就成为传统硬质合金材料应用时的瓶颈,而梯度硬质合金和纳米晶硬质合金的出现为解决这一矛盾提供了新的思路。由于纳米晶硬质合金可同时具有高强度高硬度;表层贫Co梯度硬质合金外层具有高的硬度和好的耐磨损性能,合金内层为名义Co含量而具有良好的韧性,这种结构使得其强硬度、耐磨损性能和韧性优于普通硬质合金,使用寿命大幅度提高。如果能将纳米晶硬质合金和表层贫Co梯度硬质合金结合起来,即可以同时具有二者的优点。为了抑制WC晶粒的长大,制备纳米晶硬质合金对混合粉末、烧结工艺有很高的要求而传统的表层贫Co梯度硬质合金采用渗碳工艺制备,对设备真空度等条件要求极高,存在一定安全隐患。因此本文提出通过调控初始原料组分,引起内外碳含量变化的方法,从而得到Co相的梯度分布,同时将WC晶粒保持在纳米晶范围内,制备得到表层贫Co纳米晶梯度硬质合金。本文采用两步法烧结,即预烧结得到致密的纳米晶合金后,再进行梯度烧结形成一定厚度的梯度层。首先研究了混料工艺对混合粉末及WC粉末粒度对混合粉末、烧结后合金组织性能的影响;其次研究了不同的预烧结方式及预烧结温度对合金晶粒尺寸、组织及性能的影响;然后探讨了 V（C,N）或VN的添加及其添加量在预烧结和梯度烧结过程中对合金组织及性能的作用规律;在此基础上,进一步探讨了梯度烧结工艺对合金梯度层厚度、晶粒尺寸、合金组织及性能的影响规律。结果表明:（1）相比高能搅拌式球磨,采用滚动式球磨时,混合后粉体分布均匀。随着球料比的增加,得到的混合粉末越来越细小均匀,团聚现象减轻。随着WC粉末粒度的增加,混料后粉末团聚现象减轻,但烧结后晶粒尺寸增大。（2）采用SPS预烧结比低压预烧结异常长大晶粒数量更少,晶粒尺寸分布更均匀。随SPS温度的升高,WC平均晶粒尺寸增大,致密程度增加,断裂韧性逐渐降低,硬度呈现先增大后减小的趋势。（3）通过调控原料组分,当V化合物为V（C,N）或VN时,均可得到表层贫Co纳米晶梯度结构硬质合金。随V化合物含量增加,所得梯度层厚度逐渐增加,晶粒尺寸逐渐减小,硬度及断裂韧性呈现先增大后减小的趋势。较VN,当添加V（C,N）时,制得的纳米晶梯度硬质合金有更厚的梯度层,更细小的WC晶粒和高的硬度及密度。（4）随梯度烧结温度的增加或保温时间的延长,合金梯度层厚度增加,WC平均晶粒尺寸增加,硬度及断裂韧性呈现先升高后降低的趋势,密度呈现先降低后增高的趋势。（5）当添加含量为4 wt%的V（C,N）为V化合物,采用球料比为15:1的滚动式球磨混合粉末,1150℃的SPS作为预烧结工艺,1400℃保温60 min作为梯度烧结工艺时,制得表层贫Co纳米晶梯度硬质合金综合性能最佳。预烧结后合金晶粒尺寸为84nm、硬度为HV30 1803、相对密度为93.45%。梯度烧结最终制得的表层贫Co纳米晶梯度硬质合金梯度层厚度为33 μm,晶粒尺寸为117 nm,所得维氏硬度为HV30 2279,断裂韧性值为9.75 Mpa·m1/2,相对密度为96.7%。