如何制备超细晶硬质合金？

根据碳化钨（WC）晶粒尺寸的不同，硬质合金可以分为细晶硬质合金、超细晶硬质合金、粗晶硬质合金和超粗晶硬质合金等，它们的热力学性能和用途略有区别。值得一说的是，与其他晶粒度的硬质合金相比，超细晶硬质合金的机械性能、韧性和硬度都会更好一些，所以在刀具领域应用范围也会更大一些。

然而，超细晶硬质合金的生产相对困难。当前，虽然可以通过添加抑制剂的方法来抑制碳化钨晶粒的长大，但是需要较长的球磨时间才能混合均匀。然而，长时间的球磨处理却会增加粉末的缺陷数量和表面能，进而导致后续致密化过程中碳化钨晶粒异常长大。

为了解决上述的问题，北京科技大学研究者在原位添加法的基础上，采用三步法合成了全新的超细晶硬质合金，即碳化钒（VC）增强的钨钴（WC-Co）类硬质合金——WC-Co-VC硬质合金。

WC-Co-VC硬质合金的制备步骤包括前驱体形成、脱氧和碳化烧结。前驱体形成是指将仲钨酸铵、草酸钴和偏钒酸铵的混合物煅烧，得到三氧化钨、钨酸钴和五氧化钒的混合物的过程；脱氧是指加入适量的炭黑，将前驱体粉末中所有的氧气去除的过程；碳化烧结是指将所需炭黑量与脱氧产物再次混合，通过碳化-烧结反应生成WC-12Co-xVC硬质合金的过程。

研究表明，随着VC含量的增加，硬质合金的硬度会随之增大，而断裂韧性会变差。当VC含量小于2wt%时，WC晶粒间分布的V4WC5薄层会显著阻碍WC晶粒的生长；当VC含量大于2wt%时，会产生V4WC5薄层和粒径较大的V4WC5，使最终烧结试样中WC和V4WC5的平均晶粒尺寸大于VC含量较低的硬质合金。

该研究成果已以“Enhancement of the mechanical properties of ultrafine-grained WC-Co cemented carbides via the in-situ generation of VC”为题发表在Journal of Alloys and Compounds上。

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