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WC-Co超细晶硬质合金材料因具有更高的硬度、耐磨性和优良的强度和韧性而成为目前国际上硬质合金领域最热点的研究课题之一。作为新一代先进的粉末冶金技术,放电等离子烧结(SPS)在超细及纳米晶硬质合金块体材料的制备上具有突出的优势。基此,本文选择不同粒径匹配的WC、Co粉末,通过高能球磨、真空预处理和SPS技术相结合制备WC-Co超细晶硬质合金。系统研究了WC、Co原料粉末的粒径匹配及结合状态、球磨工艺及SPS烧结工艺参数等因素对制备试样的致密度、物相组成和力学性能的影响,获得了制备高性能超细晶硬质合金材料的最佳材料参数和工艺参数组合,以及制备工艺对材料性能的影响规律。
以0.2μmWC粉末和球磨后微米级Co粉为原料,应用高能球磨与SPS致密化制备超细WC-10Co硬质合金。研究发现,球磨后直接烧结的试样中Co粘结相分布不均匀,出现明显的"Co 池”现象。为改变混合粉末的结合状态,对球磨后的混合粉末先进行真空预处理,再SPS致密化。1350℃高温真空预处理可彻底消除"Co 池”现象,随后1150℃进行SPS致密化制备试样的横向断裂强度获得提高,但进一步提高烧结温度制备的试样中出现缺碳相,使性能急剧下降。
将原料调整为0.2μmWC和0.8μmCo粉,优化球磨工艺,采用900℃低温预处理和1300℃高温预处理两种工艺。研究结果表明,在该粒径匹配下,900℃低温预处理随后SPS制备试样中仍然有条带状Co出现,1300℃高温预处理随后SPS制备试样的粘结相的分布非常均匀。该组试样的XRD分析表明材料中均含有缺碳相,对此结果进行了深入分析。
进一步缩小WC和Co粉末的粒径差,将原料调整为0.8μmWC和0.8μmCo粉,球磨工艺及预处理工艺同前。研究结果表明：增大WC粉末粒径有利于制备试样中Co粘结相的分布,而采用球料比1:1,球磨转速250r/min时Co粘结相分布最好。该组试样的XRD结果显示均没有缺碳相存在。采用1300℃高温预处理随后1180℃进行SPS致密化,制备出了平均晶粒尺寸0.48μm、横向断裂强度3100MPa、断裂韧性13.08 MPa·m1/2的最佳综合性能的超细晶硬质合金材料。