1. 研究背景
硬质合金由于具有良好的力学性能而被广泛用作工具材料，常常被人们称为“工业的牙齿”[1-2]。但是近年来随着现代工业的快速发展，对硬质合金提出了更高的要求和挑战，所以科学家开发出了多种新型硬质合金[2-3]。功能梯度硬质合金属于其中一个重要的研究方向，其概念首先于上世纪90年代被瑞典山特维克公司提出[4-6]，它可以通过调节Co含量或晶粒度呈梯度分布改善合金的性能[4-7]。目前比较常用的方法是通过先预烧结贫碳基体然后渗碳的方法制备功能梯度硬质合金，首先添加W粉配置贫碳基体，预烧结合金经过渗碳处理，形成呈现三明治结构的梯度合金;在渗碳过程中，碳从表面进入合金内部，与η相发生反应，形成新的WC和Co相，Co相的浓度差以及晶粒尺寸的动力学构成了Co相迁移的动力。犹他大学房志刚教授研究组[8-10]在不同的渗碳温度下系统的研究了碳含量及其渗碳过程中的其他参数对梯度硬质合金显微组织及其性能的影响，发现Co梯度的形成主要依赖于渗碳过程中的碳势及WC初始晶粒尺寸。刘咏教授团队[7,11] 对在渗碳制备梯度硬质合金过程中通过建立理论模型并且试验验证研究了其梯度结构的形成机制及其碳扩散的速度。Yuan教授团队[12]采用甲烷加氢气的混合气体作为碳源制备梯度硬质合金，采用理论模拟加试验验证，发现形成梯度层的影响因素包括：甲烷的体积分数、渗碳时间及其气体流量。然而，功能梯度硬质合金在烧结或渗碳过程中，往往需要经历更长时间的高温过程，可能引起WC晶粒异常长大现象[7-12]，反而会降低合金的性能。
有科学家指出硬质合金中WC晶粒长大的主要原因是Ostwald效应[13-15]，所以很多研究都都集中在通过抑制Ostwald效应来阻止WC晶粒长大[15-17]，包括：优化烧结过程、调整烧结参数、加入VC、Cr2C3、NbC晶粒抑制剂等[16]。尽管这些晶粒抑制剂在很多时候起到了不错的效果，但是目前其添加量及其影响机制还存在一些不确定性[18]。上世纪90年代开始逐步有人研究在硬质合金中添加稀土元素以抑制WC晶粒长大，提高合金性能[21-24]。有人发现稀土在WC-8Co合金中增加了fcc钴的含量，提高了合金的抗弯强度和冲击韧性[19] 。有人在WC-10Co硬质合金中添加1.5%的稀土氧化物(Y2O3, La2O3及CeO2的混合物) 同样发现其可以
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“Y2O3在功能梯度硬质合金中的作用及性能影响” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色网
来源：中南大学粉末冶金国家重点实验室
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2025年05月23日 ~ 25日 
