硬質(zhì)合金是一種由硬質(zhì)合金和難熔金屬的硬質(zhì)化合物經(jīng)粉末冶金工藝制成的硬質(zhì)合金。由于其良好的硬度和強(qiáng)度，它被廣泛用于許多領(lǐng)域。隨著對硬質(zhì)合金材料的高溫性能和耐腐蝕性的要求越來越高，現(xiàn)有硬質(zhì)合金材料的性能難以滿足其使用要求。在過去的30年中，許多學(xué)者對WC基化合物進(jìn)行了實驗研究，并獲得了一系列研究成果。

WC金屬

WC-Co

碳化鎢中廣泛使用的膠凝材料是鈷。 WC Co系統(tǒng)已被廣泛研究。 CO的添加使WC具有良好的潤濕性和粘附性。此外，如圖13.2所示，添加CO還可以顯著提高強(qiáng)度和韌性。

圖13.3 WC Co粉的背散射電子顯微照片，顯示了外部和橫截面結(jié)構(gòu)：（a），（b）F8； （c），（d）M8； （E），（f）C8。

他對F8，M8和C8粉末及其拋光部分進(jìn)行了反向散射電子成像。觀察到所有粉末均具有典型的球形。 F8粉末顯示出細(xì)小碳化物的密集堆積，而M8和C8粉末顯示出具有一些孔的相對松散的堆積結(jié)構(gòu)。在拋光部分，所有樣品均顯示出明顯的散射現(xiàn)象，并且硬度和耐磨性與鈷含量成反比。維氏硬度（HV）在1500到2000 HV30之間變化，斷裂韌性在7到15 MPa M1 / 2之間。這種顯著變化是碳化物組成，微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)純度的函數(shù)。

一般來說，粒度越小，硬度越高，耐磨性越好。 CO的體積分?jǐn)?shù)越高，斷裂韌性越高，但硬度和耐磨性越低（Jia等，2007）。因此，為了獲得更好的性能，不可避免地要考慮使用其他水泥材料代替。

另一方面，由于上述原因，策略上不科學(xué)并且容易影響價格趨勢。此外，WC和粉塵的結(jié)合令人擔(dān)憂，因為它們比任何一次使用更具致命性。

鎢鎳

鎳比鈷便宜且易于獲得。它具有良好的增韌性能。它可用于改善苛刻環(huán)境下的腐蝕/氧化性能，高溫強(qiáng)度和耐磨性。與WC Co合金相比，材料的可塑性較低。由于鎳在WC中溶解良好，因此可以用作WC基材的粘合劑，從而在它們之間形成牢固的結(jié)合。

WC-Ag

Ag的添加使WC成為一種耐電弧材料。在過載電流的作用下，WC通常負(fù)載在開關(guān)設(shè)備中，這可歸因于后者的眾所周知的電接觸電阻（RC）。值得一提的是，WC Ag復(fù)合材料的電阻率隨Ag含量的增加而降低，而硬度隨Ag含量的增加而降低，這是由于WC和Ag的硬度差異很大。另外，粗WC顆粒具有非常低且穩(wěn)定的接觸電阻。

圖13.4顯示了開關(guān)產(chǎn)生的平均電接觸電阻（RC）

具有不同銀含量和WC粒度的11e50循環(huán)，因為觀察到大多數(shù)材料的RC在10個開關(guān)循環(huán)后均保持穩(wěn)定。銀的接觸電阻在顆粒大小為4 mm的WC中為50-55 wt%（體積比60%和64.6%）之間，在顆粒大小為WC的WC中為55-60 wt%（體積比64.6%和69%）之間。 0.8和1.5毫米。因此，這確定了投資的初始組成，其中銀基質(zhì)完全互連。對于固定組件，觀察到接觸電阻在1.5和4 mm WC粒度之間減小，這也標(biāo)志著滲透閾值。

WC-Re

科學(xué)家使用碳化鎢來增強(qiáng)rh，以獲得比WC Co更好的性能，因為RE可以帶來高溫硬度和良好的結(jié)合

圖13.4在第11至第50次循環(huán)中，不同Ag含量和WC顆粒尺寸下的平均接觸電阻與WC基材接觸電阻的比率為co或Ni。根據(jù)WC粗晶的顯微組織特征（含量為20% RE），描述了WC粗晶保留在CO中并繼續(xù)形成HCP結(jié)構(gòu)，從而提高了合金的硬度。研究人員還加強(qiáng)了對WC Ni的研究，發(fā)現(xiàn)了類似的推論。由于具有最高的硬度和兩倍于WC Co的耐久性，該合金被用于制造具有競爭力的工具零件。當(dāng)冷壓WC和Re粉末并采用獲得專利的熱壓工藝時，觀察到超過2400 kg / mm?2的HV（而WC-Co為1700 kg / mm?2）

WC金屬間化合物

WC-FeAl

在過去的幾十年里，金屬間化合物作為陶瓷粘合劑引起了人們的關(guān)注。鋁化鐵具有優(yōu)良的抗氧化性和耐腐蝕性，毒性低，硬度高，耐磨性好，高溫穩(wěn)定性好，潤濕性好。它在熱力學(xué)上適用于 WC 作為粘合劑。 WC FeAl和WC Co的硬度和斷裂韌性基本相同。 WC Co合金的硬度和耐磨性與常規(guī)WC Co合金相似。可以認(rèn)為，如果能夠優(yōu)化粒度，就有可能替代傳統(tǒng)的WC Co。不同球磨和/或干燥工藝制備的WC FeAl混合粉的粒度分布曲線如圖13.5所示。圖 13.5 中的三條曲線具有雙峰分布。在圖 13.5 中，較小粒徑的左峰對應(yīng)于單個 WC 顆粒的左峰。較大粒徑的正確峰值對應(yīng)于含有一些WC顆粒的FeAl碎片的峰值。當(dāng)正確的峰移動時，左峰不依賴于研磨和/或干燥過程。 DR 粉末（脫水乙醇作為快速干燥溶劑）的正確峰移至其他兩種粉末的相應(yīng)峰。

圖13.5由各種粉末工藝制備的WC-FeAl混合粉末的粒度分布。

WC陶瓷

WC-MgO

Wc-mgo復(fù)合材料由于在WC基體中添加了MgO顆粒而被廣泛使用，這對硬度幾乎沒有影響，并且顯著提高了材料的韌性。硬度與韌性成反比，但是在這種合金的情況下，當(dāng)硬度損失非常小時獲得韌性。在研究材料中加入少量的VC，Cr3C2和其他晶粒長大抑制劑，不僅可以控制燒結(jié)過程中的晶粒長大，而且可以提高材料的機(jī)械性能。

WC-Al2O3

這里必須提到的是，Al2O3用作WC的增強(qiáng)材料，反之亦然，因為它們具有出色的機(jī)械和物理性能。

燒結(jié)溫度和保溫時間對wc-40vol% Al2O3復(fù)合材料的顯微組織和力學(xué)性能有重要影響。隨著燒結(jié)溫度和保溫時間的增加，相對密度和粒徑增加。同時，高壓值和斷裂韌性值先增大然后減小。裂紋路徑的微觀結(jié)構(gòu)揭示了裂紋橋接和裂紋變形的存在。在wc-40vol% Al 2O 3復(fù)合材料中，主要的增韌機(jī)理是產(chǎn)生次生和橫向裂紋。另一項研究表明，HV約為20e25gpa，斷裂韌性為5e6mpa.m1 / 2。

圖13.6顯示了硬度，斷裂韌性和橫向斷裂強(qiáng)度隨氧化鋁含量的變化趨勢。應(yīng)該注意的是，這些值與報道的值有很大的不同（Mao et al。，2015）。純WC具有最高的硬度和最低的斷裂韌性。 Al 2 O 3的添加提高了斷裂韌性，但純氧化鋁的硬度低于純WC的硬度，wc-al2o3復(fù)合材料的硬度降低。圖13.6中的不同結(jié)果表明，機(jī)械性能不僅取決于氧化鋁的含量，還取決于生產(chǎn)工藝和不同基材的等級。 

WC磨料

WC立方氮化硼

由于CBN具有出色的硬度，熱穩(wěn)定性和與鐵的反應(yīng)活性，因此在WC Co中添加CBN可以改善材料的耐磨性，硬度和機(jī)械性能。一旦將CBN增強(qiáng)到WC基質(zhì)中，就會產(chǎn)生強(qiáng)附著力。另外，通過裂紋變形或CBN顆粒的橋接可以得到更好的斷裂韌性。 CBN添加過程中的兩個主要障礙是CBN向hBN的轉(zhuǎn)化以及B和N之間強(qiáng)的共價鍵結(jié)合，這導(dǎo)致CBN和硬質(zhì)合金的燒結(jié)能力低。

WC鉆石

WC金剛石具有出色的斷裂韌性，抗裂紋擴(kuò)展性和抗反射性。這種材料只能在熱力學(xué)條件下生產(chǎn)，以防止金剛石變成石墨。通過更多的研究來改善這種材料的性能，我們可以彌補(bǔ)巨大的成本缺口，這是非常必要的。