陈 慧，栾道成，王正云，陈勤文，李重典

（西华大学材料科学与工程学院，四川 成都 610039）

0 引言

生产超细晶WC硬质合金一般通过两种途径来抑制烧结过程中WC晶粒的长大：一是改进烧结方式，适当降低烧结温度和缩短烧结时间；另一种途径就是在合金中添加少量晶粒长大抑制剂，添加抑制剂能够有效阻止WC晶粒在烧结过程中的长大，并且可以使WC晶粒更加的均匀［1-3］，从而改善合金性能。

抑制剂以细散颗粒存在于WC、Co粉基体中，其有效利用率受WC粒度大小，粘结相含量多少，分布均匀程度及抑制剂本身粒度，添加种类和分布均匀性等因素的制约［4-6］。本实验采用VC、Cr3C2、TaC和Y2O3作为晶粒长大抑制剂，研究抑制剂的预磨时间对抑制剂粒度的影响，抑制剂粒度对WC-10Co硬质合金粒度及烧结试样性能的影响，以及相同抑制剂配比对Co含量不同的硬质合金性能的影响和稀土对硬质合金性能的影响。

1 实验

（1）本实验主要原料粉体的基本参数如表1所示，由于Co粉较软，球磨40h后粒度达到0.3μm，达到所需粒度要求。原料WC粉和球磨40hCo粉的SEM照片如图1所示。

表1 原料粉体的基本参数

图1 原料WC粉粒度和球磨40hCo粉粒度SEM

（2）实验方法：将VC、Cr3C2、TaC和Y2O3分别在行星式球磨机中球磨，在转速相同（200r/min）的情况下，采用不同球磨时间（0h、60h、100h、120h），并对球磨后的粉末进行SEM扫描观察。按不同抑制剂配方，试样编号为A、B两组，其中A组抑制剂配方为1％（VC+Cr3C2+TaC），B组抑制剂配方为1％（VC+Cr3C2+TaC+Y2O3），粉末原料按成分配比计量后，加入酒精在高频超声波清洗器中震荡2h，以2％的固体石蜡作为成型剂，按球料比10∶1，球磨24h，以达到使原料粉末充分分散均匀的目的。压力成型后经真空烧结炉排蜡预烧结后烧结成型。

（3）分析测试：用排水法测试密度及致密度，用HR-150A型洛氏硬度仪测定硬质合金的洛氏硬度（HRA），SEM检测粉末粒度及试样断口形貌。

2 实验结果及分析

2.1 预磨时间对抑制剂粒度的影响

预磨后VC、Cr3C2、TaC和Y2O3的粒度与抑制剂预磨时间的关系如图2所示。不同预磨时间的VC粉末SEM如图3所示。

图2 预磨时间与抑制剂粒度的关系

从图2中可以看出，在0～60h之间，随着预磨时间的增加，各种抑制剂粉体的颗粒粒度明显下降。预磨时间从60h到120h，粉末粒径进一步细化。从图3（c）中可以看出VC球磨到100h时粉体出现了明显的团聚，到120h时团聚现象有所改善。通过对其他3种抑制剂粉体粒度的SEM观察，发现均有此规律。

图3 不同预磨时间下VC粉体SEM

2.2 抑制剂预磨时间对WC-10Co性能的影响

采用B组抑制剂配方1％（VC+Cr3C2+TaC+Y2O3），研究抑制剂预磨时间对WC-10Co性能的影响。表2所示随着预磨时间的增加，合金的硬度也逐渐地增加。在预磨时间0～60h和100～120h这两个阶段，合金的硬度增加明显，而在60～100h这个阶段硬度的上升不大。预磨时间为120h时硬度值最高为92.1HRA。但是密度和致密度的变化没有明显的规律。

表2 抑制剂预磨时间对试样性能的影响

图4是加入不同预磨时间下的抑制剂粉体烧结后WC-10Co硬质合金SEM断口形貌。从图4中可以看出，随着抑制剂预磨时间的增加，WC晶粒尺寸逐渐减小。但是都存在个别晶粒明显长大的现象，主要是由于抑制剂加入方法的原因，在抑制剂和合金粉体混合不够充分时，造成抑制剂在粉体中分散不均匀，导致局部晶粒长大，从而降低材料的性能［7］。

图4 WC-10Co硬质合金SEM断口形貌

2.3 抑制剂对不同Co含量硬质合金性能的影响

抑制剂对不同Co含量硬质合金性能的影响见表3。

表3 相同抑制剂配方对Co含量不同的硬质合金性能的影响

从表3中可以看出，A、B两组试样的硬度和致密度均随Co含量的降低而提高，其原因为在一定温度下，YG6粘结相Co含量最低且平均自由程短，抑制剂的作用最容易发挥［8-9］。

2.4 Y2O3对硬质合金性能的影响

对比表3中A、B两组试样，B组中试样硬度和致密度均高于A组试样。图5所示为A组YG10合金与B组YG10合金的断口形貌。从（a）中可以看出合金未添加稀土氧化物Y2O3有孔洞存在，且晶粒大小分布不均匀。（b）中合金添加了稀土氧化物Y2O3，与（a）相比晶粒细小且排列紧密，组织结构较均匀，这是由于稀土的添加会降低钴出现液相的温度，减少烧结时的液相量，相应地缩短了WC溶解析出过程，抑制了晶粒的长大，另外加入稀土添加剂可与合金中的O、S等杂质元素反应形成难熔的化合物，减少气体的析出和空隙的产生［10-12］，因此加入稀土氧化物Y2O3的YG10合金具有更高的致密度和硬度。

图5 A组YG10合金与B组YG10合金的断口形貌

3 结论

（1）随着球磨时间的增加，各种抑制剂粉体的颗粒粒度明显的下降，同时随着抑制剂预磨时间的增加，WC晶粒尺寸逐渐减小。

（2）加入预磨时间为120h，抑制剂配方为1％（VC+Cr3C2+TaC+Y2O3）的WC-10Co硬质合金，平均粒度为0.3μm，致密度为99.42％，硬度达到92.1HR。

（3）加入相同抑制剂配比的硬质合金，硬度随Co含量的降低而增大，密度提高。

（4）加入适量的稀土氧化物Y2O3，有利于改善硬质合金的性能。

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