1. 研究背景
硬質合金由于具有良好的力學性能而被廣泛用作工具材料，常常被人們稱為“工業的牙齒”[1-2]。但是近年來隨著現代工業的快速發展，對硬質合金提出了更高的要求和挑戰，所以科學家開發出了多種新型硬質合金[2-3]。功能梯度硬質合金屬于其中一個重要的研究方向，其概念首先于上世紀90年代被瑞典山特維克公司提出[4-6]，它可以通過調節Co含量或晶粒度呈梯度分布改善合金的性能[4-7]。目前比較常用的方法是通過先預燒結貧碳基體然后滲碳的方法制備功能梯度硬質合金，首先添加W粉配置貧碳基體，預燒結合金經過滲碳處理，形成呈現三明治結構的梯度合金;在滲碳過程中，碳從表面進入合金內部，與η相發生反應，形成新的WC和Co相，Co相的濃度差以及晶粒尺寸的動力學構成了Co相遷移的動力。猶他大學房志剛教授研究組[8-10]在不同的滲碳溫度下系統的研究了碳含量及其滲碳過程中的其他參數對梯度硬質合金顯微組織及其性能的影響，發現Co梯度的形成主要依賴于滲碳過程中的碳勢及WC初始晶粒尺寸。劉詠教授團隊[7,11] 對在滲碳制備梯度硬質合金過程中通過建立理論模型并且試驗驗證研究了其梯度結構的形成機制及其碳擴散的速度。Yuan教授團隊[12]采用甲烷加氫氣的混合氣體作為碳源制備梯度硬質合金，采用理論模擬加試驗驗證，發現形成梯度層的影響因素包括：甲烷的體積分數、滲碳時間及其氣體流量。然而，功能梯度硬質合金在燒結或滲碳過程中，往往需要經歷更長時間的高溫過程，可能引起WC晶粒異常長大現象[7-12]，反而會降低合金的性能。
有科學家指出硬質合金中WC晶粒長大的主要原因是Ostwald效應[13-15]，所以很多研究都都集中在通過抑制Ostwald效應來阻止WC晶粒長大[15-17]，包括：優化燒結過程、調整燒結參數、加入VC、Cr2C3、NbC晶粒抑制劑等[16]。盡管這些晶粒抑制劑在很多時候起到了不錯的效果，但是目前其添加量及其影響機制還存在一些不確定性[18]。上世紀90年代開始逐步有人研究在硬質合金中添加稀土元素以抑制WC晶粒長大，提高合金性能[21-24]。有人發現稀土在WC-8Co合金中增加了fcc鈷的含量，提高了合金的抗彎強度和沖擊韌性[19] 。有人在WC-10Co硬質合金中添加1.5%的稀土氧化物(Y2O3, La2O3及CeO2的混合物) 同樣發現其可以
聲明：
“Y2O3在功能梯度硬質合金中的作用及性能影響” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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編輯：中冶有色網
來源：中南大學粉末冶金國家重點實驗室
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2025年07月09日 ~ 11日 
