隨著現(xiàn)代化工業(yè)的迅猛發(fā)展，人們對硬質(zhì)合金提出了越來越高的要求，其目標(biāo)是高效、可靠、耐久而又經(jīng)濟(jì)。然而，硬質(zhì)合金的耐磨性能及其高強(qiáng)度與其韌性之間是一對相互矛盾的性能，這在傳統(tǒng)的均勻成分硬質(zhì)合金中表現(xiàn)得十分突出。例如，地質(zhì)礦山用硬質(zhì)合金鉆具要求鉆齒表面耐磨同時又要具有整體耐沖擊性能，而均勻結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金通常不能滿足此種工作條件。如能制造出表層硬度高、耐磨性好，而心部韌性好、耐沖擊的鉆具，則其使用性能無疑較組織均勻的鉆具要好得多。

如何解決這個矛盾？梯度材料提供了一個很好的思路。所謂梯度結(jié)構(gòu)合金，是指其組成、結(jié)構(gòu)在斷面的不同部位呈現(xiàn)有規(guī)律差別的一種合金。開發(fā)梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金，就能夠利用其特殊的結(jié)構(gòu)或成分梯度變化，對不同的部位賦予不同的性能，使整體制品獲得優(yōu)異的綜合機(jī)械性能。

總體來說，梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的制備方法主要可分為以下兩類：(1)基于構(gòu)造的方法；(2)基于傳輸?shù)姆椒āＧ耙环N方法是在燒結(jié)中使其梯度在空間精確地構(gòu)成。由于燒結(jié)時會在合金中形成比較明顯的界面，而不同層質(zhì)材料的物理性能可能有較大的差異，因而容易在界面處產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，導(dǎo)致變形或開裂。后一種方法是在原料成分均勻的基礎(chǔ)上，利用流體的流動、原子的擴(kuò)散或熱傳導(dǎo)在材料中形成梯度。從目前的工作看，用后一種方法生產(chǎn)梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金材料具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，是梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金材料制備的重要研發(fā)方向。

一個用傳輸法成功開發(fā)的梯度硬質(zhì)合金材料是瑞典Sandvik公司所研發(fā)的表層富碳、中心區(qū)域富鈷的合金，稱為DP(DualProperty)合金。DP合金技術(shù)主要包括兩個方面，首先制得含均勻細(xì)小且體積分?jǐn)?shù)可控的脫碳相的缺碳非正常組織，然后對此合金進(jìn)行滲碳處理，并對合金內(nèi)各梯度層的厚度進(jìn)行有效控制，從而賦予合金不同部位以不同的性能。經(jīng)滲碳處理后，Co向中心部位遷移，使表層Co含量偏低而心部Co含量高。這種鈷含量呈梯度分布的硬質(zhì)合金表層硬度高，耐磨性好，而心部則具有良好的沖擊韌性，這就使得合金的耐磨性和韌性得到了很好的協(xié)調(diào)，使用效果較傳統(tǒng)制品有顯著提高，工作壽命更是比傳統(tǒng)硬質(zhì)合金提高3倍。

我國許多冶金學(xué)者也對缺碳硬質(zhì)合金滲碳技術(shù)開展了研究，并已獲得了具有鈷相成分變化梯度的硬質(zhì)合金。近年來，中南大學(xué)的孫緒新等人在缺碳硬質(zhì)合金滲碳技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用富碳勢燒結(jié)工藝一次性燒結(jié)制備出梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金。其工藝特點是先配制遠(yuǎn)低于正常碳含量的WC-Co合金，然后通過富碳勢燒結(jié)使試樣自表至里形成表面碳勢高、內(nèi)部碳勢低的碳梯度。這樣，在進(jìn)入液相燒結(jié)階段時，表面先出現(xiàn)液相，內(nèi)部后出現(xiàn)液相，且表層的液相量比內(nèi)部的液相量多，在合金表層和內(nèi)部之間形成液相壓力差，使Co相由表向里發(fā)生質(zhì)量遷移，形成合理的成分梯度。實驗結(jié)果表明，上述富碳勢燒結(jié)工藝可制備出表面硬度高、耐磨性好，內(nèi)部強(qiáng)度高、韌性好的梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金。

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