本文采用等离子球磨制得W-C-10Co-0.9VC-0.3Cr3C2纳米复合粉体，然后经低压烧结一步法制成硬质合金。等离子球磨3h的复合粉体呈片层状，并且成分分布均匀。在1380℃烧结温度下，硬质合金的致密度为99.2%，WC平均晶粒尺寸为250nm，硬度和横向断裂强度分别为92.3HRA和2443MPa。
一、实验
将原始粉末按照W-C-10Co-0.9VC-0.3Cr3C2（Co、VC、Cr3C2均为质量分数）的成分配制混合粉末，球料比50:1，等离子球磨3h。将球磨后的粉体压制成型，在不同温度下（1340℃、1360℃、1380℃、1400℃）低压烧结，保温1h。将烧结后的试样打磨抛光，获得20×6.5×5.25mm的试样。
二、结果和讨论
图1：等离子球磨3h后，W-C-10Co-0.9VC-0.3Cr3C2复合粉体形貌
球磨后的粉体形貌如图1所示，可以看出复合粉体明显呈片层状结构，且片层方向各异，并在表面上有细小颗粒附着。球磨过程中，不断撞击，W颗粒的新鲜表面逐渐露出，并具有一定延展性，逐渐扁平化形成片层结构。
图2：不同烧结温度下硬质合金试样的密度和致密度
由图可知，硬质合金式样的密度与致密度随着烧结温度的升高而增加。当烧结温度从1340℃升高至1400℃，WC-10Co-0.9VC-0.3Cr3C2硬质合金块体的致密度从98.1%增加至99.3%。
图3 不同烧结温度下，硬质合金的WC晶粒尺寸：(a) 1340℃; (b) 1360℃; (c) 1380℃; (d) 1400℃; (e)WC平均晶粒尺寸统计
图4 不同烧结温度下硬质合金的组织形貌：(a,b) 1340℃, (c,d) 1360℃, (e,f) 1380℃;(g,h)1400℃
对烧结后的硬质合金进行扫描电镜观察并统计WC平均晶粒尺寸如图3所示。图4为不同烧结温度下WC-10Co-0.9VC-0.3Cr3C2硬质合金的背散射图像，其中亮色长条状区域为WC相，黑色区域为Co相。与1340℃和1360℃烧结温度相比，在1380℃烧结所制备的硬质合金的wc晶粒尺寸有明显降低，平均晶粒尺寸为250nm左右。WC晶粒形貌由长条状逐渐变为板状甚至纤维状，Co相也更加均匀包覆WC骨架。当烧结温度升至1400℃时，WC平均晶粒尺寸有所增加。
表1 不同烧结温度下硬质合金块体的力学性能及Co相平均自由程
图5 不同烧结温度下硬质合金的断口形貌：(a) 1340℃; (b) 1360℃; (c) 1380℃; (d) 1400℃
对不同烧结温度下的WC-10Co-0.9VC-0.3Cr3C2硬质合金进行相关力学性能测试，结果如表1所示。随之烧结温度的升高，合金的硬度和横向断裂强度TRS均呈先增后降的趋势，在1380℃时，合金式样的力学性能最佳，硬度为92.3HRA，TRS为2443MPa。
进一步对其断口形貌进行观察，如图5所示。可以发现，采用不同烧结温度制备的WC-10Co-0.9VC-0.3Cr3C2硬质合金均存在一定数量的孔隙，但随着烧结温度的升高，孔隙数量有所减少且孔隙尺寸明显降低。还可以看出，合金的断裂形式主要为WC/Co相界面沿晶断裂以及WC晶粒穿晶断裂。在图5(a)和(b)中还观察到部分的WC相与WC相晶粒间的沿晶断裂。
三、结论
1）本实验以 W、C、Co粉作为初始原料，并添加适量的晶粒长大抑制剂，球磨后的W-C-10Co-0.9VC-0.3Cr3C2复合粉体具有明显的片层形貌。
2）晶粒长大抑制剂在1380℃和1400℃烧结时凸显抑制作用，其中1380℃烧结制备的WC平均晶粒尺寸最小为250nm。
3）1380℃烧结制备的WC-10Co-0.9VC-0.3Cr3C2硬质合金，硬度和TRS分别为92.3HRA和2443MPa，具有最佳的WC晶粒尺寸与致密度（99.2%）配合，综合力学性能最佳。
来源：等离子球磨技术
