许星星，原一高，张建国

(东华大学 机械工程学院，上海 201620)

WC-Co硬质合金是一种以碳化钨(WC)为硬质相、金属钴(Co)为黏结相，采用粉末冶金方法制备而成的复合材料，其由于具有高硬度、高耐磨、耐腐蚀和良好红硬性等优异性能，被广泛用于机械加工刀具、模具及耐磨零件等方面[1-3]。但WC-Co硬质合金的力学性能间存在着尖锐的矛盾，一般而言，随Co含量的减小，合金的耐磨性增强，而断裂韧性减弱，这使其工业应用领域受到了很大的限制[4]。

石墨烯具有优异的导电、导热及力学性能[5-6]，是陶瓷材料理想的增强体。例如，在SiC陶瓷材料中加入少量的石墨烯纳米片(graphene nanosheets，GNS)，在保持材料高硬度的同时，可显著提高材料的抗弯强度与断裂韧性[7]。在Al2O3陶瓷材料中加入体积分数为0.2%的GNS，材料的断裂韧性达到6.6 MPa·m1/2，提高了43.5%[8]。在B4C陶瓷材料中加入体积分数为2.0%的GNS，材料的硬度、断裂韧性分别由31.1 GPa、2.76 MPa·m1/2增加到36.4 GPa、5.02 MPa·m1/2[9]。但将石墨烯用于增强WC-Co硬质合金存在两个问题：一是WC-Co粉末与石墨烯之间存在着较大的密度差，这使得石墨烯不易在WC-Co粉末中均匀分散；二是WC-Co硬质合金是通过液相烧结工艺制备的，烧结过程中石墨烯易被金属Co溶蚀[10]。

对碳纳米管、石墨烯等碳材料进行表面改性，有利于改善其分散性并避免烧结过程中碳材料的溶蚀。Morisada等[10]在多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotubes，MWCNTs)表面沉积一层SiC薄膜用于增强WC-10Co硬质合金，结果表明，合金的硬度提高了2.5 GPa。Shi等[11]在MWCNTs表面沉积一层WC薄膜，分别将质量分数为0.4%、0.8%和1.6%的MWCNTs加入到WC-10Co粉末中制备成复合材料，结果表明，当MWCNTs的质量分数为0.4%时，合金的硬度基本保持不变，但抗弯强度、断裂韧性分别提高了32.8%、1.2%。……