第１４卷专辑１

中国有色金属学报

Ｖ０１．１４

Ｓｌ

ＴｈｅＣｈｉｎｅｓｅ

Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ

Ｎ０１１ｆｅｒｒｏｕｓ

Ｍｅｔａｌｓ

２００４年５月

Ｍａｙ

２００４

文章编号：１００４—０６０９（２００４）Ｓ１—０２７６—０４

火花等离子烧结技术制备的ＷＣ／Ｃｏ纳米硬质合金①

谭兴龙１，邱绍宇２，何文艳１，雷代富１，任大鹏１

（１．中国工程物理研究院，绵阳６２１９００；２．中国核动力研究院，成都６１００４１）

摘

要：研究了火花等离子烧结工艺与ＹＧｌ０、ＹＧｌ２两种纳米硬质合金性能的关系。然后采用火花等离子烧结

技术制备了硬质合金功能梯度材料，该材料由纳米ＷＣ／１０％Ｃｏ、纳米ＷＣ／１２％Ｃｏ、微米ＷＣ／１５％Ｃｏ混合粉以

及不锈钢圆片烧结而成。显微硬度压痕显示该材料各层间的应力较小。

关键词：火花等离子烧结；ＷＣ／Ｃｏ硬质合金；功能梯度材料

ＷＣ／Ｃｏ

ｎａｎｏ

ｈａｒｄｍｅｔａｌｍａｔｅｒｉａｌｓｍａｄｅ

ｂｙ

ｓｐａｒｋ

ｐｌａｓｍａ

ｓｉｎｔｅｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

ＴＡＮＸｉｎｇ—ｌｏｎ９１，ＱＩＵＳｈａｏ—ｙｕ２，ＨＥ

Ｗｅｎ—ｙａｎｌ，ＬＥＩ

Ｄａｉ—ｆｕｌ，ＲＥＮＤａ—ｐｅｎ９１

（１．ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄ

Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｍｉａｎｙａｎｇ

６２１９００，Ｃｈｉｎａ；

２．Ｎｕｃｌｅａｒ

ＰｏｗｅｒＩｎｓｔｉｔｕｔｅ

ｏｆＣｈｉｎａ，Ｃｈｅｎｇｄｕ

６１００４

１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｄｅｎｓｉｔｙ，ｈａｒｄｎｅｓｓａｎｄｆｒａｃｔｕｒｅｔｏｕｇｈｎｅｓｓｏｆＹＧｌ０，ＹＧｌ２

ｎａｎｏ

ｈａｒｄｍｅｔａｌｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔ

ｓｐａｒｋｐｌａｓｍａｓｉｎｔｅｒｉｎｇ

ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ

ｗｅｒｅｍｅａｓｕｒｅｄ．Ａｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｌｙｇｒａｄｅｄ

ｍａｔｅｒｉａｌ（ＦＧＭ）ｗａｓ

ａｌｓｏｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｓｐａｒｋ

ｐｌａｓｍａｓｉｎｔｅｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＳＰＳ）。ａｎｄ

ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ

ｐｏｗｄｅｒｓｏｆ

ｎａｎｏ

ｗｃ／１０％Ｃｏ，ｎａｎｏｗｃ／ｌｚ％Ｃｏ，ｍｉｃｒｏＷＣ／１５％

Ｃｏａｎｄｄｉｓｋｏｆｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌ．ＴｈｅＳＰＳｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｌｅｄ

ｔｏ

ＦＧＭ

ｆｒｅｅｏｆｉｎｔｅｒｎａｌ

ｓｔｒｅｓｓ，ｗｈｉｃｈｗａｓｍｅａｓｕｒｅｄｕｓｉｎｇ

Ｖｉｃｋｅｒｓｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｐａｒｋｐｌａｓｍａ

ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ；ＷＣ／Ｃｏ

ｈａｒｄｍｅｔａｌ；ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｌｙｇｒａｄｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓ

硬质合金，如ＷＣ／Ｃｏ系合金，由于具有优良

的耐磨性和较高的硬度和强度，已被广泛应用于切

削工具等。对ＷＣ／Ｃｏ系合金而言，合金的强度与

Ｗｃ晶粒之间的平均自由程有关。为提高合金的强

度，常可增加其钴含量或增大ＷＣ晶粒，这种方法

虽然可以提高合金的强度，但会降低合金的耐磨性

和硬度。最近的一些研究‘１－５］表明，采用纳米ｗｃ／

Ｃｏ粉末制备纳米或超细硬质合金，不仅可以提高

合金的强度，而且可以提高合金的硬度和耐磨性。

纳米材料制备的关键在于如何保持原始粉末的

纳米结构。火花等离子烧结技术由于具有一些与常

规烧结方法不同的特点，在纳米材料烧结领域正得

到广泛的应用。火花等离子烧结技术采用脉冲电流

加热，在烧结过程中，纳米颗粒之间产生等离子

体，从而激活纳米颗粒的表面，有利于消除表面氧

化物的影响，降低烧结温度。同时该工艺中升降温

速度快，烧结时间短，有利于保留纳米尺寸和亚稳

定结构。因此，等离子烧结技术特别适用于纳米材

料的烧结。本文作者采用火花等离子烧结技术，制

备了硬质合金和硬质合金功能梯度材料，并研究了

材料的组织和力学性能。

１

实验

１．１原始粉末

ＹＧｌ５粉末为费氏粒度２弘ｍ左右的常规ＷＣ、

Ｃｏ复合粉末。ＹＧｌ２、ＹＧＩＯ为采用喷雾干燥转换

法制备的ＷＣ、Ｃｏ复合粉，由１００弘ｍ左右的粉末

复合成２０／，ｍ左右的颗粒，粉末的流动性好，其微

①作者简介：谭兴龙（１９６７一），男，高级工程师．

通讯作者：谭兴龙，高级工程师；电话：０８１６－３６２５６４９；Ｅ—ｍａｉｌ：ｘｉｎｇｌｏｎｇｔａｎ＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ

万方数据