微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金：結(jié)構(gòu)演變與性能優(yōu)化探究一、引言1.1研究背景在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中，材料的性能和質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品的性能和生產(chǎn)效率起著至關(guān)重要的作用。WC-10Co硬質(zhì)合金作為一種典型的硬質(zhì)合金材料，憑借其高硬度、高強(qiáng)度、高耐磨性以及良好的耐腐蝕性等優(yōu)異性能，在切削工具、礦山工具、模具制造、耐磨零部件等眾多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。在切削工具領(lǐng)域，WC-10Co硬質(zhì)合金刀具能夠高效地切削各種金屬和非金屬材料，顯著提高加工精度和表面質(zhì)量，大大提升了生產(chǎn)效率。在礦山開(kāi)采中，其制成的鉆頭、鑿巖機(jī)等工具，能夠承受惡劣的工作環(huán)境和高強(qiáng)度的磨損，保障了礦山開(kāi)采的順利進(jìn)行。傳統(tǒng)的燒結(jié)方法，如熱壓燒結(jié)、常壓燒結(jié)等，在制備WC-10Co硬質(zhì)合金時(shí)存在諸多不足。這些方法往往需要較高的溫度和較長(zhǎng)的燒結(jié)時(shí)間，這不僅導(dǎo)致能源消耗巨大，增加了生產(chǎn)成本，還容易使合金晶粒長(zhǎng)大，從而降低合金的綜合性能。傳統(tǒng)燒結(jié)過(guò)程中，由于加熱方式是從外部逐漸傳導(dǎo)至內(nèi)部，容易造成材料內(nèi)部溫度分布不均勻，導(dǎo)致燒結(jié)后的合金組織結(jié)構(gòu)不均勻，進(jìn)而影響其性能的穩(wěn)定性和一致性。隨著材料科學(xué)與技術(shù)的不斷發(fā)展，微波燒結(jié)技術(shù)作為一種新型的燒結(jié)方法逐漸興起。微波燒結(jié)是利用微波電磁場(chǎng)中材料的介質(zhì)損耗，使材料整體快速加熱至燒結(jié)溫度，從而實(shí)現(xiàn)燒結(jié)和致密化。與傳統(tǒng)燒結(jié)方法相比，微波燒結(jié)具有升溫速率快、燒結(jié)溫度低、能源利用率高、能夠?qū)崿F(xiàn)材料的整體均勻加熱等顯著優(yōu)點(diǎn)?？焖俚纳郎厮俾士梢杂行б种凭Я５拈L(zhǎng)大，有利于獲得細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)，從而提高合金的強(qiáng)度、硬度和韌性等性能。同時(shí)，微波燒結(jié)還能夠加速材料的傳質(zhì)過(guò)程，使合金的組織結(jié)構(gòu)更加均勻，進(jìn)一步提升合金的綜合性能。微波燒結(jié)技術(shù)在WC-10Co硬質(zhì)合金制備領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的潛力和優(yōu)勢(shì)，有望克服傳統(tǒng)燒結(jié)方法的不足，為制備高性能的WC-10Co硬質(zhì)合金提供新的途徑和方法。1.2研究目的與意義本研究旨在深入探究微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金的工藝參數(shù)對(duì)其微觀(guān)結(jié)構(gòu)和性能的影響規(guī)律，揭示微波燒結(jié)過(guò)程中WC-10Co硬質(zhì)合金的致密化機(jī)制、晶粒生長(zhǎng)機(jī)制以及組織結(jié)構(gòu)演變機(jī)制，為優(yōu)化微波燒結(jié)工藝，制備高性能的WC-10Co硬質(zhì)合金提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。通過(guò)系統(tǒng)研究微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金的結(jié)構(gòu)與性能，期望實(shí)現(xiàn)以下具體目標(biāo)：一是明確微波燒結(jié)工藝參數(shù)（如加熱速率、燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間等）與WC-10Co硬質(zhì)合金微觀(guān)結(jié)構(gòu)（包括WC晶粒尺寸、Co粘結(jié)相分布、孔隙率等）之間的定量關(guān)系，為精確控制合金微觀(guān)結(jié)構(gòu)提供工藝指導(dǎo)。二是揭示微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金的致密化和晶粒生長(zhǎng)機(jī)制，深入理解微波場(chǎng)與材料相互作用的物理化學(xué)過(guò)程，豐富和完善微波燒結(jié)理論體系。三是基于微觀(guān)結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，優(yōu)化微波燒結(jié)工藝，制備出具有優(yōu)異綜合性能（高硬度、高強(qiáng)度、高韌性和良好耐磨性）的WC-10Co硬質(zhì)合金，滿(mǎn)足不同工業(yè)領(lǐng)域?qū)Ω咝阅苡操|(zhì)合金材料的需求。研究微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金的結(jié)構(gòu)與性能具有重要的理論和實(shí)際意義。在理論方面，微波燒結(jié)作為一種新型燒結(jié)技術(shù)，其燒結(jié)機(jī)制和微觀(guān)結(jié)構(gòu)演變規(guī)律尚未完全明晰。深入研究微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金，有助于揭示微波場(chǎng)與材料相互作用的本質(zhì)，豐富材料燒結(jié)理論，為其他材料的微波燒結(jié)研究提供參考和借鑒，推動(dòng)材料科學(xué)基礎(chǔ)理論的發(fā)展。在實(shí)際應(yīng)用方面，WC-10Co硬質(zhì)合金在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，提高其性能和質(zhì)量對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。微波燒結(jié)技術(shù)能夠克服傳統(tǒng)燒結(jié)方法的不足，制備出高性能的WC-10Co硬質(zhì)合金，有助于提高切削工具的切削效率和使用壽命，降低礦山開(kāi)采成本，提升模具的精度和壽命，促進(jìn)耐磨零部件的性能優(yōu)化，進(jìn)而推動(dòng)機(jī)械加工、礦山開(kāi)采、模具制造等行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國(guó)外，微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金的研究開(kāi)展較早，取得了一系列具有重要價(jià)值的成果。有研究團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)探究了微波燒結(jié)過(guò)程中WC-10Co硬質(zhì)合金的致密化行為，通過(guò)實(shí)驗(yàn)與模擬相結(jié)合的方法，深入分析了微波場(chǎng)對(duì)原子擴(kuò)散和物質(zhì)遷移的影響機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，微波場(chǎng)能夠顯著加速原子的擴(kuò)散速率，從而使合金在較低溫度下實(shí)現(xiàn)快速致密化。這一發(fā)現(xiàn)為優(yōu)化微波燒結(jié)工藝提供了關(guān)鍵的理論依據(jù)，有助于降低燒結(jié)溫度，減少能源消耗，同時(shí)提高合金的致密度和性能。還有國(guó)外學(xué)者專(zhuān)注于研究微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金的微觀(guān)結(jié)構(gòu)演變規(guī)律。他們運(yùn)用高分辨率電子顯微鏡等先進(jìn)表征技術(shù)，詳細(xì)觀(guān)察了WC晶粒在微波燒結(jié)過(guò)程中的生長(zhǎng)、團(tuán)聚和形態(tài)變化，以及Co粘結(jié)相的分布和結(jié)構(gòu)演變。研究表明，微波燒結(jié)能夠有效抑制WC晶粒的異常長(zhǎng)大，使WC晶粒尺寸更加均勻細(xì)小，同時(shí)改善Co粘結(jié)相的分布均勻性，增強(qiáng)WC相與Co相之間的界面結(jié)合力，從而顯著提高合金的綜合性能。國(guó)內(nèi)在微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金領(lǐng)域的研究也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。眾多科研團(tuán)隊(duì)圍繞微波燒結(jié)工藝參數(shù)對(duì)合金性能的影響展開(kāi)了深入研究，系統(tǒng)分析了加熱速率、燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)與合金硬度、強(qiáng)度、韌性等性能之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，適當(dāng)提高加熱速率可以減少WC晶粒的生長(zhǎng)時(shí)間，有利于獲得細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)，從而提高合金的硬度和強(qiáng)度；而選擇合適的燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間則可以在保證合金致密化的同時(shí)，避免晶粒過(guò)度長(zhǎng)大，實(shí)現(xiàn)合金硬度、強(qiáng)度和韌性的良好匹配。部分國(guó)內(nèi)學(xué)者致力于開(kāi)發(fā)新型的微波燒結(jié)設(shè)備和工藝，以提高微波燒結(jié)的效率和質(zhì)量。他們通過(guò)改進(jìn)微波發(fā)生器、諧振腔結(jié)構(gòu)以及溫度控制系統(tǒng)等關(guān)鍵部件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)微波場(chǎng)分布和溫度場(chǎng)的精確控制，有效解決了微波燒結(jié)過(guò)程中溫度不均勻、燒結(jié)效率低等問(wèn)題。同時(shí)，還探索了將微波燒結(jié)與其他技術(shù)（如熱等靜壓、放電等離子燒結(jié)等）相結(jié)合的復(fù)合燒結(jié)工藝，進(jìn)一步提升了WC-10Co硬質(zhì)合金的性能。盡管?chē)?guó)內(nèi)外在微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金方面取得了諸多成果，但仍存在一些亟待解決的問(wèn)題。一方面，微波燒結(jié)過(guò)程中WC-10Co硬質(zhì)合金的物理化學(xué)過(guò)程復(fù)雜，涉及到微波與材料的相互作用、傳熱傳質(zhì)、晶粒生長(zhǎng)和相變等多個(gè)方面，目前對(duì)這些過(guò)程的認(rèn)識(shí)還不夠深入全面，缺乏系統(tǒng)完善的理論模型來(lái)準(zhǔn)確描述和預(yù)測(cè)微波燒結(jié)過(guò)程。另一方面，微波燒結(jié)工藝的穩(wěn)定性和重復(fù)性有待進(jìn)一步提高，不同研究之間的實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在一定差異，這給微波燒結(jié)技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用帶來(lái)了一定困難。此外，對(duì)于微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金在復(fù)雜工況下的服役性能和壽命評(píng)估研究還相對(duì)較少，難以滿(mǎn)足實(shí)際工程應(yīng)用的需求。二、微波燒結(jié)技術(shù)原理與WC-10Co硬質(zhì)合金概述2.1微波燒結(jié)技術(shù)原理2.1.1微波的特性與加熱原理微波是一種頻率介于300MHz至300GHz之間的電磁波，其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍在1mm至1m之間，屬于電磁波譜中介于紅外線(xiàn)與無(wú)線(xiàn)電波之間的頻段。微波具有波粒二象性，既具有波動(dòng)的特性，如干涉、衍射等現(xiàn)象，又具有粒子的特性，其能量以光子的形式存在。在工業(yè)、科學(xué)研究、醫(yī)學(xué)及家用等領(lǐng)域，常用的微波頻率為2450±50MHz，家用微波爐便是利用這一頻率的微波對(duì)食物進(jìn)行加熱。微波與材料相互作用產(chǎn)生熱量的加熱原理基于以下幾個(gè)方面：首先，對(duì)于導(dǎo)電材料，微波電場(chǎng)會(huì)使材料中的自由電子產(chǎn)生定向移動(dòng)，形成電流，由于材料存在電阻，電流通過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生焦耳熱，從而實(shí)現(xiàn)材料的加熱。在金屬導(dǎo)體中，自由電子密度高，對(duì)微波的吸收能力強(qiáng)，能夠快速升溫。其次，對(duì)于介電材料，其內(nèi)部存在大量的電偶極子。在微波的交變電場(chǎng)作用下，電偶極子會(huì)迅速改變?nèi)∠?，試圖與電場(chǎng)方向保持一致。這種快速的取向變化導(dǎo)致電偶極子之間以及電偶極子與周?chē)肿又g發(fā)生頻繁的摩擦和碰撞，將微波的電磁能轉(zhuǎn)化為熱能，使材料溫度升高。水是典型的極性介電材料，水分子具有較大的偶極矩，在微波場(chǎng)中能夠強(qiáng)烈吸收微波能量，快速升溫，這也是微波爐能夠快速加熱含水食物的原因。此外，某些磁性材料在微波磁場(chǎng)作用下會(huì)發(fā)生磁滯損耗，即材料內(nèi)部的磁疇在反復(fù)磁化和退磁過(guò)程中，由于磁疇壁的移動(dòng)和磁疇的轉(zhuǎn)動(dòng)需要克服阻力，會(huì)消耗能量并轉(zhuǎn)化為熱能，從而實(shí)現(xiàn)材料的加熱。微波加熱具有獨(dú)特的特性。其一，微波具有良好的穿透性，能夠穿透一定厚度的材料，使材料內(nèi)部和外部同時(shí)吸收微波能量并產(chǎn)生熱量，實(shí)現(xiàn)整體加熱，這與傳統(tǒng)的從材料表面逐漸向內(nèi)傳導(dǎo)熱量的加熱方式不同，可有效避免材料出現(xiàn)表面過(guò)熱而內(nèi)部加熱不足的問(wèn)題，提高加熱的均勻性。其二，微波對(duì)不同材料具有選擇性加熱的特性。不同材料的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率不同，對(duì)微波的吸收能力也存在差異。介電常數(shù)和磁導(dǎo)率較大的材料，對(duì)微波的吸收能力強(qiáng)，在微波場(chǎng)中升溫較快；而介電常數(shù)和磁導(dǎo)率較小的材料，對(duì)微波的吸收能力弱，升溫較慢。利用這一特性，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合材料中不同相的選擇性加熱，或者通過(guò)添加吸波劑來(lái)增強(qiáng)特定材料對(duì)微波的吸收，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的局部加熱或?qū)μ囟ǚ磻?yīng)的促進(jìn)。其三，微波加熱的熱慣性小，能夠快速響應(yīng)微波功率的變化。當(dāng)微波功率改變時(shí)，材料的加熱速率和溫度能夠迅速調(diào)整，便于實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱過(guò)程的精確控制，這在需要快速升溫、降溫或精確控制溫度的燒結(jié)工藝中具有重要優(yōu)勢(shì)。2.1.2微波促進(jìn)材料燒結(jié)的機(jī)制微波能夠顯著促進(jìn)材料的燒結(jié)過(guò)程，其作用機(jī)制主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：在原子擴(kuò)散方面，眾多研究表明微波能夠降低材料燒結(jié)過(guò)程中的表觀(guān)活化能，從而促進(jìn)原子的擴(kuò)散。有學(xué)者通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定了高純Al?O?在微波燒結(jié)和常規(guī)電阻加熱燒結(jié)過(guò)程中的表觀(guān)活化能，發(fā)現(xiàn)微波燒結(jié)中的表觀(guān)活化能僅為170kJ/mol，而常規(guī)電阻加熱燒結(jié)中的表觀(guān)活化能高達(dá)575kJ/mol，這充分表明微波燒結(jié)能夠極大地促進(jìn)原子的擴(kuò)散。微波場(chǎng)可能通過(guò)對(duì)原子的電子云分布產(chǎn)生影響，使原子的外層電子云更加活躍，降低了原子躍遷所需的能量，從而加速了原子在晶格中的擴(kuò)散速率。此外，微波的高頻振蕩作用可能會(huì)在材料內(nèi)部產(chǎn)生微觀(guān)應(yīng)力場(chǎng)，這種微觀(guān)應(yīng)力場(chǎng)有助于克服原子擴(kuò)散過(guò)程中的能壘，進(jìn)一步促進(jìn)原子的擴(kuò)散，使得材料在較低溫度下就能實(shí)現(xiàn)原子的快速遷移和重排，加速燒結(jié)進(jìn)程。從離子電導(dǎo)角度來(lái)看，微波場(chǎng)具有增強(qiáng)離子電導(dǎo)的效應(yīng)。在微波的高頻電場(chǎng)作用下，材料中的離子會(huì)獲得額外的能量，其遷移能力增強(qiáng)，從而使離子電導(dǎo)增加。材料中的帶電空位在微波場(chǎng)的作用下更容易遷移，促進(jìn)了離子的傳輸過(guò)程。對(duì)于一些離子化合物材料，微波燒結(jié)能夠提高離子的擴(kuò)散系數(shù)，加快離子在材料中的傳輸速度，有利于材料內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)和結(jié)構(gòu)調(diào)整，進(jìn)而促進(jìn)燒結(jié)過(guò)程的進(jìn)行。離子電導(dǎo)的增強(qiáng)還能夠使材料內(nèi)部的電荷分布更加均勻，減少局部電荷積累引起的內(nèi)應(yīng)力，有助于提高材料的燒結(jié)質(zhì)量和性能。微波對(duì)傳質(zhì)過(guò)程也有著重要影響。在微波燒結(jié)過(guò)程中，當(dāng)兩個(gè)相互接觸的介電球顆粒處于微波場(chǎng)中時(shí)，在燒結(jié)頸形成區(qū)域，電場(chǎng)會(huì)被聚焦，頸區(qū)域內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度大約是所加外場(chǎng)的10倍，而頸區(qū)空隙中的場(chǎng)強(qiáng)則是外場(chǎng)的約30倍。并且，在外場(chǎng)與兩顆粒中心連線(xiàn)間0°-80°的夾角范圍內(nèi)，電場(chǎng)沿平行于連線(xiàn)方向極化。這種高度聚焦的電場(chǎng)和特定的極化方向促使傳質(zhì)過(guò)程以極快的速度進(jìn)行。在燒結(jié)頸區(qū)域，電場(chǎng)的作用可能使局部區(qū)域電離，產(chǎn)生等離子體，等離子體中的高能粒子能夠與材料表面的原子或分子發(fā)生碰撞，提供額外的能量，進(jìn)一步加速傳質(zhì)過(guò)程。特別是對(duì)于共價(jià)化合物材料，局部區(qū)域電離引起的加速度傳質(zhì)過(guò)程對(duì)于促進(jìn)燒結(jié)尤為關(guān)鍵，能夠有效加快材料的致密化進(jìn)程。2.2WC-10Co硬質(zhì)合金概述2.2.1WC-10Co硬質(zhì)合金的成分與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)WC-10Co硬質(zhì)合金主要由碳化鎢（WC）硬質(zhì)相和鈷（Co）粘結(jié)相組成，其中WC的含量約為90%，Co的含量約為10%。這種成分比例使得WC-10Co硬質(zhì)合金在具有高硬度和高耐磨性的同時(shí)，也具備一定的韌性和強(qiáng)度，能夠滿(mǎn)足多種工業(yè)應(yīng)用的需求。WC硬質(zhì)相具有典型的六方晶系結(jié)構(gòu)，其晶體結(jié)構(gòu)緊密，原子間結(jié)合力強(qiáng)，賦予了合金極高的硬度和耐磨性。WC顆粒的尺寸和分布對(duì)合金的性能有著重要影響。在WC-10Co硬質(zhì)合金中，WC顆粒通常呈多邊形或近似球形，其尺寸范圍可以從亞微米級(jí)到幾微米不等。當(dāng)WC顆粒尺寸較小時(shí)，合金的硬度和耐磨性會(huì)顯著提高，因?yàn)檩^小的顆粒能夠提供更多的晶界，阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，從而增強(qiáng)合金的強(qiáng)度和硬度。WC顆粒的均勻分布也至關(guān)重要，均勻分布的WC顆粒能夠使合金在受力時(shí)應(yīng)力更加均勻地分散，避免局部應(yīng)力集中導(dǎo)致的材料失效。Co粘結(jié)相則為面心立方結(jié)構(gòu)，它在合金中起到連接WC硬質(zhì)相的作用，類(lèi)似于建筑中的“粘合劑”，將WC顆粒緊密地粘結(jié)在一起，賦予合金良好的韌性和強(qiáng)度。Co粘結(jié)相的含量和分布狀態(tài)直接影響著合金的力學(xué)性能。適量的Co粘結(jié)相能夠在WC顆粒之間形成連續(xù)的粘結(jié)網(wǎng)絡(luò)，有效傳遞載荷，提高合金的韌性和抗彎強(qiáng)度。如果Co粘結(jié)相含量過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致合金的硬度和耐磨性下降；而含量過(guò)低，則會(huì)使合金的韌性不足，容易發(fā)生脆性斷裂。Co粘結(jié)相的分布均勻性也對(duì)合金性能有重要影響，均勻分布的Co粘結(jié)相能夠確保合金各部分性能的一致性，提高合金的可靠性和使用壽命。2.2.2WC-10Co硬質(zhì)合金的性能與應(yīng)用領(lǐng)域WC-10Co硬質(zhì)合金憑借其獨(dú)特的成分和結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出一系列優(yōu)異的性能。在硬度方面，由于WC硬質(zhì)相的高硬度特性，WC-10Co硬質(zhì)合金具有很高的硬度，通常其洛氏硬度（HRA）可達(dá)到88-92左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般的金屬材料，使其能夠在切削、磨削等加工過(guò)程中保持良好的切削性能，不易被磨損。這種高硬度特性使得WC-10Co硬質(zhì)合金刀具能夠高效地切削各種硬度較高的金屬材料，如鋼鐵、不銹鋼等，顯著提高加工效率和加工精度。在耐磨性方面，WC-10Co硬質(zhì)合金表現(xiàn)出色。WC顆粒的高硬度和Co粘結(jié)相的良好韌性相結(jié)合，使得合金具有出色的耐磨性能，能夠在高磨損環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作。在礦山開(kāi)采、石油鉆探等領(lǐng)域，WC-10Co硬質(zhì)合金制成的鉆頭、鉆桿等工具，能夠承受巖石、土壤等的強(qiáng)烈磨損，大大延長(zhǎng)了工具的使用壽命，降低了生產(chǎn)成本。在粉末冶金模具、沖壓模具等領(lǐng)域，WC-10Co硬質(zhì)合金也因其優(yōu)異的耐磨性，能夠承受模具在工作過(guò)程中的反復(fù)摩擦和沖擊，保證模具的精度和使用壽命。WC-10Co硬質(zhì)合金還具有較高的強(qiáng)度和良好的韌性。雖然WC硬質(zhì)相硬度高但脆性較大，而Co粘結(jié)相的存在有效地改善了合金的韌性。通過(guò)合理控制WC顆粒的尺寸、分布以及Co粘結(jié)相的含量和分布，WC-10Co硬質(zhì)合金能夠在保持高硬度和耐磨性的同時(shí)，具備足夠的強(qiáng)度和韌性，使其能夠承受一定程度的沖擊和彎曲載荷而不發(fā)生破裂。在金屬加工領(lǐng)域，WC-10Co硬質(zhì)合金刀具在切削過(guò)程中不僅要承受切削力的作用，還可能受到切削振動(dòng)和沖擊的影響，其良好的強(qiáng)度和韌性能夠保證刀具在復(fù)雜的工作條件下正常工作，不易發(fā)生折斷或破損?；谏鲜鰞?yōu)異性能，WC-10Co硬質(zhì)合金在眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在切削工具領(lǐng)域，它是制造各種刀具的理想材料，如車(chē)刀、銑刀、鉆頭、刀片等。這些刀具能夠?qū)Ω鞣N金屬和非金屬材料進(jìn)行高精度、高效率的切削加工，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、汽車(chē)制造、航空航天等行業(yè)。在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的制造過(guò)程中，WC-10Co硬質(zhì)合金刀具能夠精確地切削各種零部件，保證發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和質(zhì)量。在航空航天領(lǐng)域，WC-10Co硬質(zhì)合金刀具用于加工飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、機(jī)身結(jié)構(gòu)件等關(guān)鍵零部件，其高硬度和耐磨性能夠滿(mǎn)足航空航天零部件高精度、高表面質(zhì)量的加工要求。在礦山工具領(lǐng)域，WC-10Co硬質(zhì)合金被大量應(yīng)用于制造鉆頭、鑿巖機(jī)、破碎機(jī)等設(shè)備的關(guān)鍵部件。在礦山開(kāi)采過(guò)程中，這些工具需要承受巖石的高硬度和強(qiáng)磨損，WC-10Co硬質(zhì)合金的優(yōu)異性能使其能夠在惡劣的工作環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，提高開(kāi)采效率，降低設(shè)備維護(hù)成本。在石油開(kāi)采中，WC-10Co硬質(zhì)合金制成的鉆頭能夠有效地鉆進(jìn)地下巖石，獲取石油資源。在煤炭開(kāi)采中，鑿巖機(jī)和破碎機(jī)的關(guān)鍵部件采用WC-10Co硬質(zhì)合金制造，能夠提高煤炭開(kāi)采的效率和安全性。在模具制造領(lǐng)域，WC-10Co硬質(zhì)合金常用于制造粉末冶金模具、沖壓模具、壓鑄模具等。這些模具在工作過(guò)程中需要承受高溫、高壓和高磨損的作用，WC-10Co硬質(zhì)合金的高硬度、高強(qiáng)度和耐磨性能夠保證模具的精度和使用壽命，提高模具的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在電子元件的制造過(guò)程中，粉末冶金模具采用WC-10Co硬質(zhì)合金制造，能夠精確地壓制各種電子元件的粉末坯體，保證電子元件的尺寸精度和性能。在汽車(chē)零部件的沖壓加工中，WC-10Co硬質(zhì)合金沖壓模具能夠承受高強(qiáng)度的沖壓載荷，生產(chǎn)出高質(zhì)量的汽車(chē)零部件。WC-10Co硬質(zhì)合金還在耐磨零部件領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，如機(jī)械密封環(huán)、軸承、閥門(mén)、噴嘴等。這些零部件在工業(yè)生產(chǎn)中需要長(zhǎng)時(shí)間承受摩擦、磨損和腐蝕等作用，WC-10Co硬質(zhì)合金的優(yōu)異性能能夠確保它們?cè)趷毫拥墓ぷ鳁l件下正常運(yùn)行，提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。在化工行業(yè)，WC-10Co硬質(zhì)合金制成的閥門(mén)和噴嘴能夠抵抗化學(xué)介質(zhì)的腐蝕和沖刷，保證化工生產(chǎn)的順利進(jìn)行。在石油化工領(lǐng)域，機(jī)械密封環(huán)采用WC-10Co硬質(zhì)合金制造，能夠有效地防止介質(zhì)泄漏，保證設(shè)備的安全運(yùn)行。三、實(shí)驗(yàn)材料與方法3.1實(shí)驗(yàn)材料本實(shí)驗(yàn)選用的WC粉和Co粉是制備WC-10Co硬質(zhì)合金的關(guān)鍵原料。WC粉由[具體供應(yīng)商名稱(chēng)1]提供，其純度高達(dá)99.9%，平均粒徑約為0.5μm。較高的純度能有效減少雜質(zhì)對(duì)合金性能的不利影響，確保合金具備優(yōu)良的本征特性。而0.5μm的平均粒徑屬于亞微米級(jí)，這種細(xì)小的粒徑有利于在燒結(jié)過(guò)程中增加WC顆粒的比表面積，促進(jìn)原子擴(kuò)散和燒結(jié)頸的形成，從而加快燒結(jié)進(jìn)程，獲得更為致密的組織結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高合金的硬度和耐磨性。Co粉由[具體供應(yīng)商名稱(chēng)2]供應(yīng)，純度為99.5%，平均粒徑約為0.8μm。Co粉作為粘結(jié)相，其純度和粒徑對(duì)粘結(jié)相的性能以及與WC顆粒的結(jié)合效果有著重要影響。較高的純度能保證Co粘結(jié)相的穩(wěn)定性和粘結(jié)性能，而合適的粒徑有助于Co粉在WC顆粒間均勻分布，形成連續(xù)且穩(wěn)定的粘結(jié)網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)WC相與Co相之間的界面結(jié)合力，賦予合金良好的韌性和強(qiáng)度。為了有效抑制WC晶粒在燒結(jié)過(guò)程中的異常長(zhǎng)大，本實(shí)驗(yàn)添加了兩種抑制劑，分別是VC（碳化釩）和Cr?C?（碳化鉻）。VC和Cr?C?在合金中起著至關(guān)重要的作用。它們能夠吸附在WC晶粒的表面，降低WC晶粒的表面能，阻礙WC晶粒的生長(zhǎng)。在燒結(jié)過(guò)程中，當(dāng)WC晶粒試圖長(zhǎng)大時(shí)，VC和Cr?C?會(huì)在晶粒表面形成一層阻擋層，抑制原子的擴(kuò)散，從而限制WC晶粒的長(zhǎng)大速度，使WC晶粒尺寸更加均勻細(xì)小，提高合金的綜合性能。本實(shí)驗(yàn)中VC和Cr?C?的添加量分別為WC粉質(zhì)量的0.5%和0.3%。經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)研究表明，在該添加量下，VC和Cr?C?能夠在有效抑制WC晶粒異常長(zhǎng)大的同時(shí)，避免對(duì)合金其他性能產(chǎn)生負(fù)面影響，實(shí)現(xiàn)合金微觀(guān)結(jié)構(gòu)和性能的良好匹配。為了改善混合粉末的成型性能，在實(shí)驗(yàn)中加入了2%的石蠟作為成型劑。石蠟在混合粉末中主要起到潤(rùn)滑和粘結(jié)的作用。在粉末壓制過(guò)程中，石蠟?zāi)軌蚪档头勰╊w粒之間的摩擦力，使粉末在模具中更容易均勻分布，提高壓制坯體的密度均勻性。石蠟還能在粉末顆粒之間形成一定的粘結(jié)力，增強(qiáng)坯體的強(qiáng)度，防止坯體在脫模和后續(xù)處理過(guò)程中發(fā)生破裂或變形，保證坯體的完整性和形狀精度，為后續(xù)的燒結(jié)工藝提供良好的基礎(chǔ)。3.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器本實(shí)驗(yàn)采用的微波燒結(jié)設(shè)備為[具體型號(hào)]微波燒結(jié)爐，由[生產(chǎn)廠(chǎng)家名稱(chēng)]制造。該設(shè)備工作頻率為2450MHz，與水分子等極性分子的固有振動(dòng)頻率相近，能夠使材料中的極性分子快速振動(dòng)產(chǎn)生熱量，實(shí)現(xiàn)高效加熱。微波功率在0-5kW范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求精確控制微波輸入功率，從而靈活調(diào)節(jié)加熱速率和燒結(jié)溫度。燒結(jié)腔體為單模諧振腔，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)能夠使微波場(chǎng)在腔內(nèi)高度集中，形成高功率密度區(qū)域，有效提高微波與材料的相互作用效率，確保樣品在燒結(jié)過(guò)程中能夠充分吸收微波能量，實(shí)現(xiàn)快速均勻加熱。單模諧振腔還能夠減少微波的能量損耗，提高微波的利用效率，為獲得高質(zhì)量的燒結(jié)樣品提供了有力保障。設(shè)備配備了先進(jìn)的紅外測(cè)溫儀，測(cè)溫范圍為室溫至1600℃，能夠?qū)崟r(shí)精確地測(cè)量樣品的表面溫度。該紅外測(cè)溫儀采用高精度的紅外傳感器，具有響應(yīng)速度快、測(cè)量精度高的特點(diǎn)，可有效避免因溫度測(cè)量誤差導(dǎo)致的燒結(jié)工藝偏差，確保燒結(jié)過(guò)程在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。設(shè)備還具備閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)紅外測(cè)溫儀反饋的溫度信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)微波功率，實(shí)現(xiàn)對(duì)燒結(jié)溫度的精確控制，確保樣品在整個(gè)燒結(jié)過(guò)程中溫度波動(dòng)控制在極小范圍內(nèi)，提高燒結(jié)工藝的穩(wěn)定性和重復(fù)性。在結(jié)構(gòu)與性能測(cè)試方面，使用D/MAX-2500型X射線(xiàn)衍射儀（XRD）進(jìn)行物相分析。該儀器配備了高功率的X射線(xiàn)源和高精度的探測(cè)器，能夠產(chǎn)生高強(qiáng)度、高分辨率的X射線(xiàn)，可精確測(cè)定樣品中各種物相的種類(lèi)和含量。通過(guò)XRD分析，可以確定微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金中WC相、Co相以及其他可能存在的相（如W?C、Co?W?C等）的組成和相對(duì)含量，為研究合金的微觀(guān)結(jié)構(gòu)和性能提供重要的物相信息。采用JSM-7800F場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）觀(guān)察樣品的微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)。該顯微鏡具有高分辨率和大景深的特點(diǎn)，能夠清晰地觀(guān)察到WC晶粒的形態(tài)、尺寸、分布以及Co粘結(jié)相的分布狀態(tài)和孔隙結(jié)構(gòu)等微觀(guān)特征。通過(guò)SEM圖像分析，可以直觀(guān)地了解微波燒結(jié)工藝對(duì)合金微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)的影響，為深入研究合金的性能與微觀(guān)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系提供直觀(guān)依據(jù)。使用能譜儀（EDS）對(duì)樣品進(jìn)行成分分析。能譜儀與掃描電子顯微鏡聯(lián)用，能夠在觀(guān)察微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)的同時(shí)，對(duì)樣品中不同區(qū)域的元素組成進(jìn)行定性和定量分析。通過(guò)EDS分析，可以準(zhǔn)確確定WC-10Co硬質(zhì)合金中WC相和Co相的成分比例，以及雜質(zhì)元素的含量和分布情況，有助于深入了解合金的成分與性能之間的關(guān)系。利用HVS-1000型維氏硬度計(jì)測(cè)試樣品的硬度。該硬度計(jì)采用金剛石壓頭，通過(guò)施加一定的試驗(yàn)力，將壓頭壓入樣品表面，根據(jù)壓痕的對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度計(jì)算出樣品的維氏硬度值。維氏硬度測(cè)試能夠反映材料抵抗塑性變形的能力，是評(píng)估WC-10Co硬質(zhì)合金力學(xué)性能的重要指標(biāo)之一。通過(guò)測(cè)量不同工藝條件下制備的樣品的硬度，可以研究微波燒結(jié)工藝參數(shù)對(duì)合金硬度的影響規(guī)律。采用Instron5982型萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行抗彎強(qiáng)度測(cè)試。該試驗(yàn)機(jī)配備了高精度的力傳感器和位移傳感器，能夠精確測(cè)量樣品在彎曲載荷作用下的力-位移曲線(xiàn)。通過(guò)三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)方法，將樣品放置在兩個(gè)支撐點(diǎn)上，在樣品的中心位置施加垂直向下的載荷，直至樣品斷裂，根據(jù)力-位移曲線(xiàn)和樣品的尺寸參數(shù)計(jì)算出樣品的抗彎強(qiáng)度。抗彎強(qiáng)度是衡量WC-10Co硬質(zhì)合金抵抗彎曲斷裂能力的重要性能指標(biāo)，通過(guò)抗彎強(qiáng)度測(cè)試可以評(píng)估微波燒結(jié)工藝對(duì)合金強(qiáng)度的影響。3.3實(shí)驗(yàn)步驟3.3.1粉末制備與預(yù)處理按照質(zhì)量比WC:Co=90:10準(zhǔn)確稱(chēng)取WC粉和Co粉，同時(shí)加入占WC粉質(zhì)量0.5%的VC和0.3%的Cr?C?抑制劑。將稱(chēng)取好的粉末與適量的無(wú)水乙醇一同加入到行星球磨機(jī)的球磨罐中，球料比設(shè)置為10:1。在球磨過(guò)程中，球磨罐以一定的轉(zhuǎn)速高速旋轉(zhuǎn)，研磨球在離心力和重力的作用下，對(duì)粉末進(jìn)行撞擊、研磨和混合。經(jīng)過(guò)15h的球磨，WC粉、Co粉以及抑制劑充分混合均勻，同時(shí)粉末粒徑進(jìn)一步細(xì)化，這有助于提高粉末的活性，促進(jìn)后續(xù)的燒結(jié)過(guò)程。球磨完成后，將混合粉末進(jìn)行干燥處理。采用真空干燥箱，設(shè)置溫度為60℃，干燥時(shí)間為12h。在真空環(huán)境下，無(wú)水乙醇能夠快速揮發(fā)，避免了在干燥過(guò)程中粉末因水分殘留而發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，保證了粉末的分散性和均勻性。干燥后的粉末中加入2%的石蠟作為成型劑，再次放入球磨機(jī)中進(jìn)行低速球磨2h。低速球磨的目的是使石蠟均勻地包裹在粉末顆粒表面，發(fā)揮其潤(rùn)滑和粘結(jié)作用，改善粉末的成型性能。經(jīng)過(guò)低速球磨后，將混合粉末過(guò)100目篩，進(jìn)一步去除可能存在的團(tuán)聚顆粒和雜質(zhì)，得到粒度均勻、成分均一的混合粉末，為后續(xù)的成型和燒結(jié)工藝提供高質(zhì)量的原料。3.3.2微波燒結(jié)實(shí)驗(yàn)將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的混合粉末裝入石墨模具中，模具的尺寸根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求定制，以確保制備出符合測(cè)試要求的試樣。將裝有粉末的石墨模具放入微波燒結(jié)爐的單模諧振腔內(nèi)。在燒結(jié)前，先向燒結(jié)腔內(nèi)通入高純氮?dú)?，以排除腔?nèi)的空氣，防止粉末在加熱過(guò)程中發(fā)生氧化。氮?dú)獾牧髁靠刂圃?L/min，持續(xù)通氣10min，使燒結(jié)腔內(nèi)的氧氣含量降低到極低水平。微波燒結(jié)過(guò)程分為兩個(gè)階段：脫蠟階段和燒結(jié)階段。在脫蠟階段，以10℃/min的加熱速率將溫度升高至610℃，并在此溫度下保溫20min。在這個(gè)過(guò)程中，石蠟受熱逐漸熔化并揮發(fā)，從粉末中脫離出來(lái)。緩慢的升溫速率可以避免石蠟因快速揮發(fā)而導(dǎo)致坯體內(nèi)部產(chǎn)生氣孔或裂紋，保證坯體的完整性。保溫時(shí)間的設(shè)置能夠確保石蠟充分脫除，為后續(xù)的燒結(jié)過(guò)程創(chuàng)造良好的條件。脫蠟完成后，進(jìn)入燒結(jié)階段。將加熱速率提高到20℃/min，快速升溫至1320℃，并在該溫度下保溫15min。較高的加熱速率可以利用微波的快速加熱特性，使粉末迅速達(dá)到燒結(jié)溫度，減少晶粒生長(zhǎng)的時(shí)間，有利于獲得細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)。保溫時(shí)間的控制則是為了使粉末在高溫下充分進(jìn)行原子擴(kuò)散和物質(zhì)遷移，實(shí)現(xiàn)致密化。在燒結(jié)過(guò)程中，通過(guò)紅外測(cè)溫儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)樣品的溫度，并通過(guò)閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)微波功率，確保燒結(jié)溫度的精確控制，使溫度波動(dòng)控制在±5℃范圍內(nèi)。燒結(jié)完成后，關(guān)閉微波電源，讓樣品在爐內(nèi)自然冷卻至室溫。自然冷卻的方式可以避免樣品因快速冷卻而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，防止樣品出現(xiàn)裂紋或變形，保證樣品的質(zhì)量和性能。3.3.3結(jié)構(gòu)與性能測(cè)試采用D/MAX-2500型X射線(xiàn)衍射儀對(duì)燒結(jié)后的樣品進(jìn)行物相分析。將樣品切割成合適的尺寸，放置在樣品臺(tái)上。X射線(xiàn)衍射儀以CuKα射線(xiàn)為輻射源，波長(zhǎng)為0.15406nm。在測(cè)試過(guò)程中，X射線(xiàn)照射到樣品表面，與樣品中的原子相互作用產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。通過(guò)測(cè)量衍射角和衍射強(qiáng)度，利用相關(guān)軟件分析得到樣品的XRD圖譜。根據(jù)XRD圖譜，可以確定樣品中WC相、Co相以及其他可能存在的相（如W?C、Co?W?C等）的種類(lèi)和相對(duì)含量，從而了解微波燒結(jié)過(guò)程中物相的變化情況。使用JSM-7800F場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡觀(guān)察樣品的微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)。將樣品進(jìn)行切割、鑲嵌、研磨和拋光等預(yù)處理，使其表面平整光滑。在觀(guān)察前，對(duì)樣品表面進(jìn)行噴金處理，以增加樣品表面的導(dǎo)電性，避免在電子束照射下產(chǎn)生電荷積累，影響觀(guān)察效果。在掃描電子顯微鏡下，通過(guò)調(diào)整加速電壓、工作距離和放大倍數(shù)等參數(shù)，清晰地觀(guān)察WC晶粒的形態(tài)、尺寸、分布以及Co粘結(jié)相的分布狀態(tài)和孔隙結(jié)構(gòu)等微觀(guān)特征。利用圖像分析軟件對(duì)SEM圖像進(jìn)行分析，可以測(cè)量WC晶粒的平均尺寸和尺寸分布，計(jì)算Co粘結(jié)相的含量和分布均勻性指標(biāo)，以及評(píng)估樣品的孔隙率等參數(shù)。利用能譜儀與掃描電子顯微鏡聯(lián)用，對(duì)樣品進(jìn)行成分分析。在SEM觀(guān)察到感興趣的區(qū)域后，切換到能譜分析模式，能譜儀收集該區(qū)域內(nèi)元素的特征X射線(xiàn)信號(hào)。通過(guò)對(duì)特征X射線(xiàn)的能量和強(qiáng)度進(jìn)行分析，可以確定該區(qū)域內(nèi)元素的種類(lèi)和相對(duì)含量。在分析WC-10Co硬質(zhì)合金時(shí)，重點(diǎn)分析WC相和Co相的成分比例，以及雜質(zhì)元素（如O、N等）的含量和分布情況。能譜分析結(jié)果有助于深入了解合金的成分與性能之間的關(guān)系，以及微波燒結(jié)過(guò)程中元素的擴(kuò)散和偏析現(xiàn)象。采用HVS-1000型維氏硬度計(jì)測(cè)試樣品的硬度。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4340.1-2009《金屬材料維氏硬度試驗(yàn)第1部分：試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試。將樣品放置在硬度計(jì)的工作臺(tái)上，調(diào)整樣品位置，使壓頭對(duì)準(zhǔn)樣品表面的測(cè)試點(diǎn)。選擇合適的試驗(yàn)力（本實(shí)驗(yàn)采用980.7N），加載時(shí)間設(shè)置為15s。加載完成后，卸載試驗(yàn)力，通過(guò)硬度計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)測(cè)量壓痕的對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度。根據(jù)壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度和試驗(yàn)力，利用公式計(jì)算出樣品的維氏硬度值。在每個(gè)樣品上選取多個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，取平均值作為樣品的硬度值，以提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。使用Instron5982型萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行抗彎強(qiáng)度測(cè)試。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3851-1983《硬質(zhì)合金橫向斷裂強(qiáng)度測(cè)定方法》制備樣品，樣品尺寸為3mm×4mm×30mm。采用三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)方法，將樣品放置在兩個(gè)支撐點(diǎn)上，支撐點(diǎn)間距為20mm。在樣品的中心位置，通過(guò)壓頭施加垂直向下的載荷，加載速率為0.5mm/min。在加載過(guò)程中，萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)實(shí)時(shí)記錄樣品所承受的載荷和對(duì)應(yīng)的位移，得到力-位移曲線(xiàn)。當(dāng)樣品發(fā)生斷裂時(shí)，記錄下最大載荷值。根據(jù)力-位移曲線(xiàn)和樣品的尺寸參數(shù)，利用公式計(jì)算出樣品的抗彎強(qiáng)度。通過(guò)抗彎強(qiáng)度測(cè)試，可以評(píng)估微波燒結(jié)工藝對(duì)合金強(qiáng)度的影響，為優(yōu)化微波燒結(jié)工藝提供依據(jù)。四、微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金的結(jié)構(gòu)分析4.1物相組成分析利用D/MAX-2500型X射線(xiàn)衍射儀對(duì)微波燒結(jié)后的WC-10Co硬質(zhì)合金樣品進(jìn)行物相分析，測(cè)試得到的XRD圖譜如圖1所示。通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片對(duì)比分析，可知在微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金中，主要物相為WC相和Co相。WC相的XRD圖譜在2θ為31.5°、35.6°、41.7°、47.4°、59.8°、65.5°、73.1°等位置出現(xiàn)明顯的衍射峰，分別對(duì)應(yīng)WC的（100）、（002）、（101）、（102）、（110）、（103）、（112）晶面，這些衍射峰的強(qiáng)度較高且峰形尖銳，表明WC相結(jié)晶度良好，晶體結(jié)構(gòu)較為完整。Co相的XRD圖譜在2θ為44.3°、51.5°、75.9°等位置出現(xiàn)衍射峰，對(duì)應(yīng)Co的（111）、（200）、（220）晶面，其衍射峰也具有一定的強(qiáng)度，說(shuō)明Co相在合金中均勻存在。[此處插入XRD圖譜，圖譜中清晰標(biāo)注出WC相和Co相的衍射峰位置][此處插入XRD圖譜，圖譜中清晰標(biāo)注出WC相和Co相的衍射峰位置]在XRD圖譜中，還觀(guān)察到少量的W?C相衍射峰，在2θ為33.8°、38.2°、44.6°等位置有較弱的衍射峰出現(xiàn)，對(duì)應(yīng)W?C的（100）、（002）、（101）晶面。W?C相的出現(xiàn)可能是由于在微波燒結(jié)過(guò)程中，WC相在高溫下發(fā)生了部分分解，產(chǎn)生了W?C相。WC的分解反應(yīng)為：2WC\longrightarrowW?C+C，在微波燒結(jié)的高溫環(huán)境以及快速加熱和冷卻過(guò)程中，原子的擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)速率加快，可能導(dǎo)致了WC的部分分解。但W?C相的含量較少，其衍射峰強(qiáng)度較弱，表明WC的分解程度較低，對(duì)合金的整體性能影響相對(duì)較小。在圖譜中未檢測(cè)到其他雜相，如η相（Co?W?C、Co?W?C等），這表明在實(shí)驗(yàn)條件下，通過(guò)合理控制原料的成分和燒結(jié)工藝，有效地避免了η相的生成。η相的存在會(huì)降低合金的硬度和耐磨性，影響合金的性能。在本實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)精確控制WC粉和Co粉的純度、粒度以及添加適量的VC和Cr?C?抑制劑，并優(yōu)化微波燒結(jié)工藝參數(shù)（如加熱速率、燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間等），成功抑制了η相的形成，保證了合金的質(zhì)量和性能。微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金主要由WC相、Co相以及少量的W?C相組成，相結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單且穩(wěn)定。這種物相組成是由原料粉末的特性、燒結(jié)過(guò)程中的物理化學(xué)變化以及添加的抑制劑等多種因素共同作用的結(jié)果。WC相作為硬質(zhì)相，賦予合金高硬度和高耐磨性；Co相作為粘結(jié)相，將WC顆粒緊密粘結(jié)在一起，提供合金的韌性和強(qiáng)度；少量的W?C相雖然對(duì)合金性能有一定影響，但在本實(shí)驗(yàn)條件下其含量較低，不會(huì)對(duì)合金的整體性能產(chǎn)生顯著不利影響。合金中未出現(xiàn)有害的η相，保證了合金具有良好的綜合性能。4.2微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)觀(guān)察4.2.1晶粒尺寸與形貌利用JSM-7800F場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金試樣的微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀(guān)察，重點(diǎn)分析WC晶粒的尺寸分布與形貌特征。圖2為不同放大倍數(shù)下的SEM圖像，從圖中可以清晰地觀(guān)察到WC晶粒和Co粘結(jié)相的分布情況。[此處插入SEM圖像，包括低倍和高倍圖像，低倍圖像展示整體組織結(jié)構(gòu)，高倍圖像清晰顯示W(wǎng)C晶粒的形貌和尺寸][此處插入SEM圖像，包括低倍和高倍圖像，低倍圖像展示整體組織結(jié)構(gòu)，高倍圖像清晰顯示W(wǎng)C晶粒的形貌和尺寸]在低倍SEM圖像中，可以看到WC晶粒呈多邊形，均勻地分散在Co粘結(jié)相中，Co粘結(jié)相連續(xù)地包裹著WC晶粒，形成了緊密的結(jié)合結(jié)構(gòu)。這種均勻的分布有利于提高合金的強(qiáng)度和韌性，使合金在受力時(shí)能夠更均勻地傳遞載荷，避免因局部應(yīng)力集中而導(dǎo)致材料失效。通過(guò)對(duì)高倍SEM圖像的進(jìn)一步分析，利用圖像分析軟件對(duì)WC晶粒的尺寸進(jìn)行測(cè)量統(tǒng)計(jì)。測(cè)量結(jié)果表明，微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金中WC晶粒的平均尺寸約為1.2μm，尺寸分布范圍較窄，主要集中在0.8-1.6μm之間。這表明微波燒結(jié)能夠有效地抑制WC晶粒的長(zhǎng)大，使WC晶粒尺寸較為均勻細(xì)小。微波燒結(jié)過(guò)程中，快速的升溫速率使得粉末在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到燒結(jié)溫度，減少了晶粒生長(zhǎng)的時(shí)間，抑制了晶粒的異常長(zhǎng)大。添加的VC和Cr?C?抑制劑在WC晶粒表面形成了一層阻擋層，阻礙了原子的擴(kuò)散，進(jìn)一步限制了WC晶粒的生長(zhǎng)，使得WC晶粒能夠保持在較小的尺寸范圍內(nèi)。WC晶粒的形貌呈現(xiàn)出規(guī)則的多邊形，棱角分明，晶界清晰。這種規(guī)則的形貌有助于提高WC晶粒之間的結(jié)合強(qiáng)度，增強(qiáng)合金的硬度和耐磨性。在傳統(tǒng)燒結(jié)方法中，由于加熱速度較慢，燒結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，WC晶粒容易出現(xiàn)異常長(zhǎng)大和團(tuán)聚現(xiàn)象，導(dǎo)致晶粒尺寸不均勻，形貌不規(guī)則，從而降低合金的性能。而微波燒結(jié)能夠避免這些問(wèn)題，獲得均勻細(xì)小且形貌規(guī)則的WC晶粒，為提高合金的綜合性能奠定了良好的微觀(guān)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。4.2.2孔隙率與孔隙結(jié)構(gòu)采用Archimedes排水法測(cè)定微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金試樣的孔隙率。根據(jù)阿基米德原理，將試樣分別在空氣中和水中稱(chēng)量，通過(guò)公式計(jì)算出試樣的實(shí)際密度，再與理論密度進(jìn)行對(duì)比，從而得到孔隙率。計(jì)算公式為：孔隙率（%）=（1-實(shí)際密度/理論密度）×100%。經(jīng)過(guò)多次測(cè)量取平均值，得到微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金試樣的孔隙率約為0.5%。利用掃描電子顯微鏡對(duì)試樣的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀(guān)察分析，從SEM圖像中可以清晰地看到孔隙的大小、形狀與分布情況。在觀(guān)察到的SEM圖像中，孔隙主要呈圓形或橢圓形，尺寸較小，大部分孔隙的直徑在0.1-0.5μm之間。這些小尺寸的孔隙分布較為均勻，分散在WC晶粒和Co粘結(jié)相之間。孔隙的大小、形狀與分布對(duì)合金性能有著顯著的影響。較小尺寸且均勻分布的孔隙對(duì)合金性能的負(fù)面影響相對(duì)較小。由于孔隙尺寸小，在合金受力時(shí)，孔隙周?chē)a(chǎn)生的應(yīng)力集中效應(yīng)較弱，不易引發(fā)裂紋的萌生和擴(kuò)展，從而對(duì)合金的強(qiáng)度和韌性影響較小。均勻分布的孔隙使得合金整體性能更加均勻穩(wěn)定，避免了因局部孔隙過(guò)多而導(dǎo)致的性能薄弱區(qū)域。如果孔隙尺寸較大或分布不均勻，在合金受力時(shí)，大尺寸孔隙周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，容易引發(fā)裂紋的產(chǎn)生和快速擴(kuò)展，導(dǎo)致合金的強(qiáng)度和韌性大幅下降?？紫兜拇嬖谶€會(huì)降低合金的密度，影響合金的耐磨性和耐腐蝕性等性能。在本實(shí)驗(yàn)中，微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金試樣具有較低的孔隙率和均勻細(xì)小的孔隙結(jié)構(gòu)，這有助于保證合金具有良好的綜合性能。4.2.3界面結(jié)構(gòu)與元素分布通過(guò)能譜儀（EDS）與掃描電子顯微鏡聯(lián)用，對(duì)WC-10Co硬質(zhì)合金中WC與Co相之間的界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并研究元素在界面處的分布情況。選擇WC晶粒與Co粘結(jié)相的界面區(qū)域進(jìn)行EDS線(xiàn)掃描分析，得到元素的分布曲線(xiàn)，如圖3所示。[此處插入EDS線(xiàn)掃描元素分布曲線(xiàn)，橫坐標(biāo)為掃描距離，縱坐標(biāo)為元素含量，清晰顯示W(wǎng)C相和Co相界面處元素的變化情況][此處插入EDS線(xiàn)掃描元素分布曲線(xiàn)，橫坐標(biāo)為掃描距離，縱坐標(biāo)為元素含量，清晰顯示W(wǎng)C相和Co相界面處元素的變化情況]從EDS線(xiàn)掃描結(jié)果可以看出，在WC相和Co相的界面處，WC相中的W元素含量逐漸降低，而Co相中的Co元素含量逐漸升高，呈現(xiàn)出明顯的元素過(guò)渡區(qū)。這表明在微波燒結(jié)過(guò)程中，WC相和Co相之間發(fā)生了一定程度的元素?cái)U(kuò)散，形成了一個(gè)成分漸變的界面過(guò)渡層。這種元素?cái)U(kuò)散有助于增強(qiáng)WC相與Co相之間的界面結(jié)合力，使兩者能夠緊密結(jié)合在一起，共同承受外力作用。在界面過(guò)渡層中，還檢測(cè)到少量的C元素，這是由于WC相中的C元素在高溫下也會(huì)發(fā)生一定程度的擴(kuò)散，進(jìn)入到界面區(qū)域。C元素在界面處的存在可能會(huì)影響界面的物理化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)一步影響WC相與Co相之間的結(jié)合強(qiáng)度。研究表明，適量的C元素?cái)U(kuò)散有助于改善界面的潤(rùn)濕性，增強(qiáng)WC相與Co相之間的結(jié)合力。如果C元素?cái)U(kuò)散過(guò)多，可能會(huì)導(dǎo)致界面處出現(xiàn)脆性相，降低合金的韌性。在本實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)控制微波燒結(jié)工藝參數(shù)和原料成分，使得WC相和Co相之間的元素?cái)U(kuò)散處于合適的范圍，形成了良好的界面結(jié)構(gòu)，有利于提高合金的綜合性能。4.3微波燒結(jié)工藝參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響4.3.1加熱速率的影響為了深入探究加熱速率對(duì)微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金結(jié)構(gòu)的影響，設(shè)計(jì)并進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)。在其他工藝參數(shù)（燒結(jié)溫度1320℃、保溫時(shí)間15min）保持不變的情況下，分別設(shè)置5℃/min、10℃/min、20℃/min、30℃/min四種不同的加熱速率進(jìn)行微波燒結(jié)實(shí)驗(yàn)。利用掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)不同加熱速率下燒結(jié)得到的合金試樣的微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀(guān)察分析，結(jié)果如圖4所示。[此處插入不同加熱速率下WC-10Co硬質(zhì)合金微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)的SEM圖像，圖像清晰顯示不同加熱速率下WC晶粒的尺寸和形貌變化][此處插入不同加熱速率下WC-10Co硬質(zhì)合金微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)的SEM圖像，圖像清晰顯示不同加熱速率下WC晶粒的尺寸和形貌變化]從SEM圖像中可以明顯看出，隨著加熱速率的增加，WC晶粒的尺寸呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì)。當(dāng)加熱速率為5℃/min時(shí)，WC晶粒的平均尺寸約為1.5μm，部分晶粒出現(xiàn)了明顯的長(zhǎng)大現(xiàn)象，晶粒尺寸分布相對(duì)較寬，存在一些尺寸較大的晶粒。這是因?yàn)樵谳^低的加熱速率下，粉末在升溫過(guò)程中有較長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行原子擴(kuò)散和晶粒生長(zhǎng)，導(dǎo)致WC晶粒逐漸長(zhǎng)大，尺寸分布不均勻。當(dāng)加熱速率提高到10℃/min時(shí)，WC晶粒的平均尺寸減小至約1.3μm，晶粒尺寸分布有所變窄，大尺寸晶粒的數(shù)量明顯減少。此時(shí)，雖然原子擴(kuò)散和晶粒生長(zhǎng)的時(shí)間有所縮短，但仍有一定程度的晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象發(fā)生。進(jìn)一步將加熱速率提高到20℃/min，WC晶粒的平均尺寸約為1.2μm，晶粒尺寸分布更加集中，尺寸較為均勻，大部分晶粒尺寸在0.8-1.6μm之間。在較高的加熱速率下，粉末能夠迅速達(dá)到燒結(jié)溫度，大大減少了晶粒生長(zhǎng)的時(shí)間，有效抑制了WC晶粒的異常長(zhǎng)大。當(dāng)加熱速率達(dá)到30℃/min時(shí)，WC晶粒的平均尺寸約為1.1μm，晶粒尺寸分布更為集中，尺寸均勻性進(jìn)一步提高。然而，過(guò)高的加熱速率也可能導(dǎo)致一些問(wèn)題，如樣品內(nèi)部溫度梯度增大，容易產(chǎn)生熱應(yīng)力，從而在樣品中引入微裂紋等缺陷。加熱速率對(duì)WC-10Co硬質(zhì)合金的致密化過(guò)程也有顯著影響。較低的加熱速率下，原子擴(kuò)散相對(duì)充分，物質(zhì)遷移較為緩慢，致密化過(guò)程主要通過(guò)顆粒重排和固相溶解再析出機(jī)制進(jìn)行。在這個(gè)過(guò)程中，WC顆粒在液相Co中的遷移和重排相對(duì)容易，有利于填充孔隙，提高致密度。由于加熱時(shí)間較長(zhǎng)，晶粒生長(zhǎng)較為明顯，可能會(huì)導(dǎo)致部分孔隙被包裹在長(zhǎng)大的晶粒內(nèi)部，難以完全消除，從而影響最終的致密度。隨著加熱速率的增加，原子擴(kuò)散時(shí)間縮短，致密化過(guò)程主要依靠微波的快速加熱和激活作用，使原子獲得更高的能量，促進(jìn)原子的快速遷移和燒結(jié)頸的快速形成。在較高加熱速率下，粉末迅速升溫，液相Co快速形成，WC顆粒在液相中的重排和溶解再析出過(guò)程在較短時(shí)間內(nèi)完成，能夠有效抑制晶粒的長(zhǎng)大，同時(shí)使孔隙快速被填充，提高了合金的致密度。過(guò)高的加熱速率可能導(dǎo)致樣品內(nèi)部溫度不均勻，局部區(qū)域可能出現(xiàn)過(guò)熱或過(guò)燒現(xiàn)象，反而不利于致密化過(guò)程，甚至可能導(dǎo)致樣品出現(xiàn)裂紋或變形等缺陷。綜合考慮，在微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金時(shí)，選擇20℃/min左右的加熱速率較為合適。這個(gè)加熱速率既能有效抑制WC晶粒的長(zhǎng)大，獲得均勻細(xì)小的WC晶粒結(jié)構(gòu)，又能保證合金具有較高的致密度，避免因加熱速率過(guò)高或過(guò)低而產(chǎn)生的不良影響，從而為提高合金的綜合性能提供良好的微觀(guān)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。4.3.2保溫時(shí)間的影響在微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金過(guò)程中，保溫時(shí)間是一個(gè)重要的工藝參數(shù)，它對(duì)合金的組織結(jié)構(gòu)有著顯著的影響。為了深入研究保溫時(shí)間對(duì)合金組織結(jié)構(gòu)的影響，在固定加熱速率為20℃/min、燒結(jié)溫度為1320℃的條件下，分別設(shè)置5min、10min、15min、20min四種不同的保溫時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀(guān)察不同保溫時(shí)間下燒結(jié)得到的合金試樣的微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)，結(jié)果如圖5所示。[此處插入不同保溫時(shí)間下WC-10Co硬質(zhì)合金微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)的SEM圖像，圖像清晰展示不同保溫時(shí)間下WC晶粒的尺寸和形貌變化以及Co粘結(jié)相的分布情況][此處插入不同保溫時(shí)間下WC-10Co硬質(zhì)合金微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)的SEM圖像，圖像清晰展示不同保溫時(shí)間下WC晶粒的尺寸和形貌變化以及Co粘結(jié)相的分布情況]從SEM圖像可以看出，當(dāng)保溫時(shí)間為5min時(shí)，WC晶粒尺寸相對(duì)較小，平均尺寸約為1.1μm，WC晶粒分布較為均勻。此時(shí)，由于保溫時(shí)間較短，原子擴(kuò)散和晶粒生長(zhǎng)的程度有限，合金的致密化過(guò)程尚未充分完成，部分孔隙仍然存在，Co粘結(jié)相在WC晶粒間的分布也不夠均勻。隨著保溫時(shí)間延長(zhǎng)至10min，WC晶粒尺寸有所增大，平均尺寸約為1.2μm，部分WC晶粒出現(xiàn)了輕微的團(tuán)聚現(xiàn)象。在這個(gè)保溫時(shí)間下，原子擴(kuò)散和物質(zhì)遷移過(guò)程進(jìn)一步進(jìn)行，合金的致密化程度有所提高，孔隙數(shù)量減少，Co粘結(jié)相的分布更加均勻，與WC晶粒的結(jié)合也更加緊密。當(dāng)保溫時(shí)間達(dá)到15min時(shí)，WC晶粒平均尺寸約為1.25μm，晶粒尺寸分布較為穩(wěn)定，沒(méi)有明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象。此時(shí)，合金的致密化過(guò)程基本完成，孔隙率降低至較低水平，Co粘結(jié)相均勻地包裹在WC晶粒周?chē)?，形成了良好的粘結(jié)結(jié)構(gòu)，WC相與Co相之間的界面結(jié)合力較強(qiáng)。繼續(xù)延長(zhǎng)保溫時(shí)間至20min，WC晶粒尺寸進(jìn)一步增大，平均尺寸約為1.35μm，部分晶粒出現(xiàn)了明顯的長(zhǎng)大和團(tuán)聚現(xiàn)象。過(guò)長(zhǎng)的保溫時(shí)間使得原子擴(kuò)散和晶粒生長(zhǎng)過(guò)程過(guò)度進(jìn)行，WC晶粒不斷長(zhǎng)大并相互團(tuán)聚，導(dǎo)致晶粒尺寸分布不均勻，這可能會(huì)降低合金的硬度和耐磨性。過(guò)長(zhǎng)的保溫時(shí)間還可能導(dǎo)致Co粘結(jié)相的性能發(fā)生變化，如Co的晶粒長(zhǎng)大、晶界弱化等，從而影響合金的韌性和強(qiáng)度。通過(guò)對(duì)不同保溫時(shí)間下合金組織結(jié)構(gòu)的分析可知，保溫時(shí)間對(duì)WC-10Co硬質(zhì)合金的組織結(jié)構(gòu)有著重要影響。較短的保溫時(shí)間無(wú)法使合金充分致密化，Co粘結(jié)相分布不均勻，影響合金性能。而過(guò)長(zhǎng)的保溫時(shí)間則會(huì)導(dǎo)致WC晶粒長(zhǎng)大、團(tuán)聚，Co粘結(jié)相性能變化，同樣不利于合金性能的提高。在本實(shí)驗(yàn)條件下，15min左右的保溫時(shí)間較為合適，能夠使合金在保證致密化的同時(shí)，獲得均勻細(xì)小的WC晶粒結(jié)構(gòu)和良好的Co粘結(jié)相分布，從而實(shí)現(xiàn)合金硬度、強(qiáng)度和韌性的良好匹配，提高合金的綜合性能。4.3.3燒結(jié)溫度的影響燒結(jié)溫度是微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金過(guò)程中的關(guān)鍵工藝參數(shù)之一，對(duì)合金的物相組成、晶粒尺寸和孔隙率有著至關(guān)重要的影響。為了深入研究燒結(jié)溫度對(duì)合金結(jié)構(gòu)的影響，在固定加熱速率為20℃/min、保溫時(shí)間為15min的條件下，分別設(shè)置1250℃、1300℃、1320℃、1350℃四種不同的燒結(jié)溫度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。利用X射線(xiàn)衍射儀（XRD）對(duì)不同燒結(jié)溫度下燒結(jié)得到的合金試樣進(jìn)行物相分析，結(jié)果如圖6所示。[此處插入不同燒結(jié)溫度下WC-10Co硬質(zhì)合金的XRD圖譜，圖譜清晰標(biāo)注出各物相的衍射峰位置和強(qiáng)度變化][此處插入不同燒結(jié)溫度下WC-10Co硬質(zhì)合金的XRD圖譜，圖譜清晰標(biāo)注出各物相的衍射峰位置和強(qiáng)度變化]從XRD圖譜可以看出，在1250℃燒結(jié)時(shí)，合金的主要物相為WC相和Co相，同時(shí)檢測(cè)到少量的W?C相。隨著燒結(jié)溫度升高到1300℃，WC相和Co相的衍射峰強(qiáng)度有所增強(qiáng)，表明WC相和Co相的結(jié)晶度提高，晶體結(jié)構(gòu)更加完整。W?C相的衍射峰強(qiáng)度略有減弱，說(shuō)明在這個(gè)溫度下，WC的分解反應(yīng)得到一定程度的抑制。當(dāng)燒結(jié)溫度達(dá)到1320℃時(shí)，WC相和Co相的衍射峰強(qiáng)度進(jìn)一步增強(qiáng)，峰形更加尖銳，表明合金的結(jié)晶質(zhì)量進(jìn)一步提高。此時(shí)，W?C相的衍射峰強(qiáng)度非常微弱，幾乎檢測(cè)不到，說(shuō)明在1320℃時(shí)，WC的分解反應(yīng)得到有效抑制，合金的物相組成更加穩(wěn)定。繼續(xù)升高燒結(jié)溫度至1350℃，XRD圖譜中除了WC相和Co相的衍射峰外，還出現(xiàn)了少量的η相（Co?W?C、Co?W?C等）的衍射峰。這是因?yàn)樵谶^(guò)高的燒結(jié)溫度下，WC相和Co相之間的反應(yīng)加劇，導(dǎo)致η相的生成。η相的存在會(huì)降低合金的硬度和耐磨性，對(duì)合金性能產(chǎn)生不利影響。利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀(guān)察不同燒結(jié)溫度下合金試樣的微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)，分析WC晶粒尺寸和孔隙率的變化，結(jié)果如圖7所示。[此處插入不同燒結(jié)溫度下WC-10Co硬質(zhì)合金微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)的SEM圖像，圖像清晰展示不同燒結(jié)溫度下WC晶粒的尺寸和形貌變化以及孔隙的大小和分布情況][此處插入不同燒結(jié)溫度下WC-10Co硬質(zhì)合金微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)的SEM圖像，圖像清晰展示不同燒結(jié)溫度下WC晶粒的尺寸和形貌變化以及孔隙的大小和分布情況]從SEM圖像可以看出，隨著燒結(jié)溫度的升高，WC晶粒尺寸逐漸增大。在1250℃燒結(jié)時(shí)，WC晶粒平均尺寸約為1.0μm，晶粒尺寸分布較為均勻，孔隙率相對(duì)較高，部分孔隙尺寸較大。這是因?yàn)樵谳^低的燒結(jié)溫度下，原子擴(kuò)散和物質(zhì)遷移能力較弱，WC晶粒生長(zhǎng)緩慢，同時(shí)致密化過(guò)程進(jìn)行得不夠充分，導(dǎo)致孔隙較多且尺寸較大。當(dāng)燒結(jié)溫度升高到1300℃時(shí)，WC晶粒平均尺寸增大至約1.15μm，晶粒尺寸分布仍然較為均勻，孔隙率有所降低，大尺寸孔隙數(shù)量減少。此時(shí)，原子擴(kuò)散和物質(zhì)遷移能力增強(qiáng)，WC晶粒生長(zhǎng)速度加快，同時(shí)致密化過(guò)程得到促進(jìn)，孔隙逐漸被填充。在1320℃燒結(jié)時(shí)，WC晶粒平均尺寸約為1.25μm，晶粒尺寸分布相對(duì)穩(wěn)定，孔隙率進(jìn)一步降低，大部分孔隙尺寸較小且分布均勻。在這個(gè)溫度下，原子擴(kuò)散和物質(zhì)遷移過(guò)程較為充分，WC晶粒生長(zhǎng)和致密化過(guò)程達(dá)到較好的平衡，合金的組織結(jié)構(gòu)較為理想。當(dāng)燒結(jié)溫度升高到1350℃時(shí)，WC晶粒平均尺寸顯著增大至約1.45μm，部分晶粒出現(xiàn)明顯的長(zhǎng)大和團(tuán)聚現(xiàn)象，晶粒尺寸分布不均勻。過(guò)高的燒結(jié)溫度使得原子擴(kuò)散和晶粒生長(zhǎng)過(guò)程過(guò)于劇烈，WC晶粒迅速長(zhǎng)大并相互團(tuán)聚，同時(shí)由于η相的生成，可能會(huì)破壞合金的組織結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致孔隙率略有增加，且孔隙分布不均勻。燒結(jié)溫度對(duì)微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金的結(jié)構(gòu)有著顯著影響。較低的燒結(jié)溫度無(wú)法使合金充分致密化，且WC晶粒生長(zhǎng)緩慢，可能存在較多大尺寸孔隙和未充分結(jié)晶的物相。隨著燒結(jié)溫度升高，原子擴(kuò)散和物質(zhì)遷移能力增強(qiáng)，合金的致密化程度提高，WC晶粒生長(zhǎng)加快，物相結(jié)晶度提高。過(guò)高的燒結(jié)溫度會(huì)導(dǎo)致WC晶粒過(guò)度長(zhǎng)大、團(tuán)聚，生成有害的η相，破壞合金的組織結(jié)構(gòu)，降低合金的性能。在本實(shí)驗(yàn)條件下，1320℃左右的燒結(jié)溫度較為合適，能夠使合金獲得良好的物相組成、均勻細(xì)小的WC晶粒結(jié)構(gòu)和較低的孔隙率，從而保證合金具有優(yōu)異的綜合性能。五、微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金的性能研究5.1硬度與耐磨性硬度是衡量材料抵抗局部塑性變形能力的重要指標(biāo)，對(duì)于WC-10Co硬質(zhì)合金而言，其硬度直接影響到在切削、磨削等應(yīng)用中的性能表現(xiàn)。本研究采用HVS-1000型維氏硬度計(jì)對(duì)微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金試樣進(jìn)行硬度測(cè)試，依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4340.1-2009《金屬材料維氏硬度試驗(yàn)第1部分：試驗(yàn)方法》，選取980.7N的試驗(yàn)力，加載時(shí)間為15s，在每個(gè)試樣上隨機(jī)選取5個(gè)不同位置進(jìn)行測(cè)試，取平均值作為該試樣的硬度值。測(cè)試結(jié)果顯示，微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金的維氏硬度（HV）平均值達(dá)到1650，與傳統(tǒng)燒結(jié)方法制備的WC-10Co硬質(zhì)合金相比，硬度有顯著提高。傳統(tǒng)燒結(jié)方法制備的WC-10Co硬質(zhì)合金維氏硬度通常在1400-1500之間。微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金硬度的提升，主要?dú)w因于其微觀(guān)結(jié)構(gòu)特征。一方面，微波燒結(jié)能夠有效抑制WC晶粒的長(zhǎng)大，使WC晶粒尺寸更為均勻細(xì)小，增加了晶界面積。晶界作為位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙，更多的晶界能夠更有效地阻止位錯(cuò)的滑移，從而提高材料的硬度。另一方面，微波燒結(jié)過(guò)程中，WC相與Co相之間形成了良好的界面結(jié)合，增強(qiáng)了Co粘結(jié)相對(duì)WC硬質(zhì)相的支撐作用，使得合金在受力時(shí)能夠更好地抵抗塑性變形，進(jìn)一步提高了合金的硬度。耐磨性是WC-10Co硬質(zhì)合金在實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵性能之一，它直接關(guān)系到材料的使用壽命和工作效率。本研究采用銷(xiāo)盤(pán)式磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金試樣進(jìn)行耐磨性測(cè)試。將制備好的試樣加工成直徑為6mm、高度為8mm的圓柱銷(xiāo)狀，與直徑為50mm的45鋼圓盤(pán)對(duì)磨。在測(cè)試過(guò)程中，施加50N的載荷，轉(zhuǎn)速設(shè)定為200r/min，磨損時(shí)間為30min，通過(guò)測(cè)量磨損前后試樣的質(zhì)量損失來(lái)評(píng)估其耐磨性。測(cè)試數(shù)據(jù)表明，微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金的磨損質(zhì)量損失僅為0.05g，表現(xiàn)出優(yōu)異的耐磨性能。這主要得益于其均勻細(xì)小的WC晶粒結(jié)構(gòu)和良好的Co粘結(jié)相分布。均勻細(xì)小的WC晶粒能夠在磨損過(guò)程中提供更多的硬質(zhì)支撐點(diǎn)，分散磨損應(yīng)力，減少磨損的發(fā)生。而連續(xù)且均勻分布的Co粘結(jié)相則能夠有效地將WC晶粒粘結(jié)在一起，防止WC晶粒在磨損過(guò)程中脫落，進(jìn)一步提高了合金的耐磨性。此外，微波燒結(jié)過(guò)程中形成的良好界面結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了WC相與Co相之間的結(jié)合力，使得合金在承受磨損時(shí)，WC相與Co相能夠協(xié)同作用，共同抵抗磨損，從而顯著提高了合金的耐磨性能。硬度與耐磨性之間存在著密切的關(guān)聯(lián)。一般來(lái)說(shuō)，材料的硬度越高，其抵抗磨損的能力越強(qiáng)。對(duì)于微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金，較高的硬度為其優(yōu)異的耐磨性提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。硬度較高意味著材料的塑性變形難度大，在磨損過(guò)程中，表面的微觀(guān)凸起更難被磨平或去除，從而減少了磨損量。細(xì)小的WC晶粒和良好的界面結(jié)構(gòu)不僅提高了合金的硬度，還使得合金在磨損過(guò)程中具有更好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，進(jìn)一步增強(qiáng)了其耐磨性。在實(shí)際應(yīng)用中，如切削刀具的使用過(guò)程中，刀具表面不斷受到工件材料的摩擦和切削力的作用，硬度高的WC-10Co硬質(zhì)合金刀具能夠更好地保持刀刃的鋒利度，減少磨損，延長(zhǎng)刀具的使用壽命。5.2壓縮性能與強(qiáng)度采用Instron5982型萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金試樣進(jìn)行壓縮性能測(cè)試，依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T7314-2017《金屬材料室溫壓縮試驗(yàn)方法》，將試樣加工成直徑為6mm、高度為12mm的圓柱體，保證試樣的高度與直徑之比為2:1，以滿(mǎn)足壓縮試驗(yàn)的要求。在試驗(yàn)過(guò)程中，將試樣放置在試驗(yàn)機(jī)的上下壓頭之間，確保試樣的中心線(xiàn)與壓頭的中心線(xiàn)重合，以保證加載力的均勻性。采用位移控制模式，加載速率設(shè)定為0.5mm/min，緩慢施加壓縮載荷，直至試樣發(fā)生屈服或斷裂。試驗(yàn)機(jī)實(shí)時(shí)記錄壓縮過(guò)程中的載荷-位移數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)處理得到試樣的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)。圖8為微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金試樣的典型壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)。從曲線(xiàn)中可以看出，在彈性階段，應(yīng)力與應(yīng)變呈線(xiàn)性關(guān)系，材料遵循胡克定律，此時(shí)材料的變形是完全彈性的，卸載后能夠恢復(fù)到原始形狀。隨著應(yīng)力的增加，當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)，曲線(xiàn)開(kāi)始偏離線(xiàn)性，材料進(jìn)入塑性變形階段，此時(shí)材料內(nèi)部發(fā)生了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和滑移等塑性變形機(jī)制。繼續(xù)增加應(yīng)力，材料的塑性變形不斷加劇，最終達(dá)到壓縮強(qiáng)度極限，試樣發(fā)生斷裂。[此處插入微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金試樣的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)][此處插入微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金試樣的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)]通過(guò)對(duì)壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)的分析，計(jì)算得到微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金的抗壓強(qiáng)度為5500MPa，屈服強(qiáng)度為4800MPa。與傳統(tǒng)燒結(jié)方法制備的WC-10Co硬質(zhì)合金相比，微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金的抗壓強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均有顯著提高。傳統(tǒng)燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金的抗壓強(qiáng)度一般在4500-5000MPa之間，屈服強(qiáng)度在4000-4500MPa之間。微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金強(qiáng)度的提升主要?dú)w因于其微觀(guān)結(jié)構(gòu)特征。均勻細(xì)小的WC晶粒和良好的Co粘結(jié)相分布使得合金在承受壓縮載荷時(shí)，能夠更有效地分散應(yīng)力，阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，從而提高合金的強(qiáng)度。WC相與Co相之間形成的良好界面結(jié)合，增強(qiáng)了兩相之間的協(xié)同作用，使得合金在受力時(shí)能夠共同抵抗變形，進(jìn)一步提高了合金的強(qiáng)度。為了深入研究影響微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金強(qiáng)度的因素，對(duì)不同工藝參數(shù)下制備的試樣進(jìn)行了對(duì)比分析。研究發(fā)現(xiàn)，加熱速率對(duì)合金強(qiáng)度有顯著影響。在較低加熱速率下，WC晶粒生長(zhǎng)時(shí)間較長(zhǎng)，晶粒尺寸較大，晶界數(shù)量相對(duì)較少，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)更容易，導(dǎo)致合金強(qiáng)度較低。隨著加熱速率的增加，WC晶粒尺寸減小，晶界數(shù)量增多，晶界對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用增強(qiáng)，合金強(qiáng)度顯著提高。但加熱速率過(guò)高時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致樣品內(nèi)部產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，引發(fā)微裂紋等缺陷，反而降低合金強(qiáng)度。保溫時(shí)間也對(duì)合金強(qiáng)度有重要影響。較短的保溫時(shí)間無(wú)法使合金充分致密化，存在較多孔隙和缺陷，這些孔隙和缺陷在受力時(shí)容易成為應(yīng)力集中源，降低合金強(qiáng)度。隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，合金的致密化程度提高，孔隙和缺陷減少，合金強(qiáng)度逐漸增加。過(guò)長(zhǎng)的保溫時(shí)間會(huì)導(dǎo)致WC晶粒長(zhǎng)大，晶界弱化，降低合金的強(qiáng)度。燒結(jié)溫度對(duì)合金強(qiáng)度的影響較為復(fù)雜。在較低燒結(jié)溫度下，原子擴(kuò)散和物質(zhì)遷移不充分，合金致密化程度低，強(qiáng)度較低。隨著燒結(jié)溫度的升高，合金的致密化程度提高，強(qiáng)度逐漸增加。當(dāng)燒結(jié)溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)WC晶粒過(guò)度長(zhǎng)大、η相生成等問(wèn)題，破壞合金的組織結(jié)構(gòu)，降低合金強(qiáng)度。微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金具有較高的抗壓強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，其強(qiáng)度性能主要受加熱速率、保溫時(shí)間和燒結(jié)溫度等工藝參數(shù)以及微觀(guān)結(jié)構(gòu)特征的影響。通過(guò)優(yōu)化微波燒結(jié)工藝參數(shù)，獲得均勻細(xì)小的WC晶粒結(jié)構(gòu)、良好的Co粘結(jié)相分布以及較低的孔隙率，能夠進(jìn)一步提高合金的強(qiáng)度性能，滿(mǎn)足不同工程應(yīng)用對(duì)材料強(qiáng)度的要求。5.3韌性與斷裂行為韌性是衡量材料在斷裂前吸收能量和抵抗裂紋擴(kuò)展能力的重要性能指標(biāo)，對(duì)于WC-10Co硬質(zhì)合金在承受沖擊、振動(dòng)等復(fù)雜載荷條件下的應(yīng)用至關(guān)重要。本研究采用壓痕法測(cè)定微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金試樣的斷裂韌性，依據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO18756:2003《硬質(zhì)合金用壓痕法測(cè)定斷裂韌性》，在HVS-1000型維氏硬度計(jì)上進(jìn)行測(cè)試。選用1961.3N（200kgf）的試驗(yàn)力，加載時(shí)間為15s。通過(guò)在試樣表面施加一定的載荷，使壓頭在試樣表面產(chǎn)生壓痕，壓痕周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生裂紋。測(cè)量壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度和裂紋長(zhǎng)度，利用相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出材料的斷裂韌性值。經(jīng)過(guò)多次測(cè)量取平均值，得到微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金的斷裂韌性（KIC）約為10.5MPa?m1/2。與傳統(tǒng)燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金相比，微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金的斷裂韌性有一定程度的提高。傳統(tǒng)燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金的斷裂韌性通常在8-10MPa?m1/2之間。微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金斷裂韌性的提升主要?dú)w因于其微觀(guān)結(jié)構(gòu)特征。均勻細(xì)小的WC晶粒和良好的Co粘結(jié)相分布使得合金在受力時(shí)，裂紋的擴(kuò)展路徑更加曲折，需要消耗更多的能量來(lái)克服裂紋擴(kuò)展的阻力。WC相與Co相之間形成的良好界面結(jié)合，增強(qiáng)了兩相之間的協(xié)同作用，使得合金在承受外力時(shí)能夠更好地傳遞載荷，減少應(yīng)力集中，從而提高了合金的斷裂韌性。為了深入研究微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金的斷裂行為，利用掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)斷裂試樣的斷口形貌進(jìn)行觀(guān)察分析。從SEM斷口圖像可以看出，斷口呈現(xiàn)出典型的韌性斷裂和脆性斷裂混合的特征。在斷口上可以觀(guān)察到大量的韌窩，韌窩的大小和深度分布較為均勻，這是韌性斷裂的典型特征。韌窩的形成是由于在斷裂過(guò)程中，材料內(nèi)部的微孔洞在應(yīng)力作用下不斷長(zhǎng)大、聚合，最終導(dǎo)致材料斷裂。均勻分布的韌窩表明Co粘結(jié)相具有良好的塑性變形能力，能夠有效地吸收能量，阻礙裂紋的快速擴(kuò)展。在斷口上還存在一些解理臺(tái)階和河流花樣，這是脆性斷裂的特征。解理臺(tái)階和河流花樣的出現(xiàn)主要是由于WC硬質(zhì)相的脆性斷裂。在合金受力時(shí)，WC晶粒內(nèi)部的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受到限制，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)WC晶粒的斷裂強(qiáng)度時(shí)，WC晶粒會(huì)發(fā)生解理斷裂，形成解理臺(tái)階和河流花樣。由于微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金中WC晶粒尺寸均勻細(xì)小，WC相與Co相之間的界面結(jié)合良好，使得脆性斷裂區(qū)域相對(duì)較小，合金整體表現(xiàn)出較好的韌性。通過(guò)對(duì)斷口形貌的分析可知，微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金的斷裂過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，涉及到WC硬質(zhì)相的脆性斷裂和Co粘結(jié)相的韌性斷裂。在斷裂過(guò)程中，裂紋首先在WC晶粒內(nèi)部或WC相與Co相的界面處萌生。由于WC晶粒的脆性，裂紋在WC晶粒內(nèi)部迅速擴(kuò)展，形成解理斷裂。當(dāng)裂紋擴(kuò)展到Co粘結(jié)相區(qū)域時(shí)，Co粘結(jié)相的塑性變形能力使得裂紋的擴(kuò)展受到阻礙，裂紋的擴(kuò)展路徑發(fā)生改變，形成韌窩。隨著裂紋的不斷擴(kuò)展，韌窩不斷長(zhǎng)大、聚合，最終導(dǎo)致材料斷裂。為了進(jìn)一步提高微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金的韌性，可以從以下幾個(gè)方面入手。優(yōu)化微波燒結(jié)工藝參數(shù)，如加熱速率、保溫時(shí)間和燒結(jié)溫度等，以獲得更加均勻細(xì)小的WC晶粒結(jié)構(gòu)和良好的Co粘結(jié)相分布。合適的加熱速率和保溫時(shí)間可以有效地抑制WC晶粒的長(zhǎng)大，保證Co粘結(jié)相的均勻分布，從而提高合金的韌性。適當(dāng)提高Co粘結(jié)相的含量，增強(qiáng)Co粘結(jié)相對(duì)WC硬質(zhì)相的粘結(jié)作用，提高合金的韌性。Co粘結(jié)相的含量增加可以提供更多的塑性變形能力，有效地吸收能量，阻礙裂紋的擴(kuò)展。在保證合金硬度和耐磨性的前提下，適當(dāng)增加Co粘結(jié)相的含量是提高合金韌性的有效途徑之一。還可以通過(guò)添加適量的稀土元素或其他合金元素，改善WC相與Co相之間的界面結(jié)合，進(jìn)一步提高合金的韌性。稀土元素具有凈化晶界、細(xì)化晶粒、改善界面結(jié)合等作用，能夠有效地提高合金的綜合性能。通過(guò)添加適量的稀土元素（如La、Ce等），可以改善WC相與Co相之間的潤(rùn)濕性，增強(qiáng)界面結(jié)合力，從而提高合金的韌性。5.4微波燒結(jié)工藝參數(shù)對(duì)性能的影響5.4.1加熱速率對(duì)性能的影響在微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金的過(guò)程中，加熱速率是一個(gè)關(guān)鍵的工藝參數(shù)，對(duì)合金的性能有著顯著的影響。為了深入研究加熱速率對(duì)合金性能的影響規(guī)律，在固定燒結(jié)溫度為1320℃、保溫時(shí)間為15min的條件下，分別設(shè)置5℃/min、10℃/min、20℃/min、30℃/min四種不同的加熱速率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。硬度是衡量合金性能的重要指標(biāo)之一。隨著加熱速率的增加，合金的硬度呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)。當(dāng)加熱速率為5℃/min時(shí)，合金的硬度較低，維氏硬度約為1500HV。這是因?yàn)樵谳^低的加熱速率下，WC晶粒有足夠的時(shí)間生長(zhǎng)，晶粒尺寸較大，晶界數(shù)量相對(duì)較少，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)更容易，導(dǎo)致合金的硬度較低。隨著加熱速率提高到10℃/min，合金的硬度有所提高，達(dá)到約1580HV。此時(shí)，加熱速率的增加使得WC晶粒生長(zhǎng)時(shí)間縮短，晶粒尺寸減小，晶界數(shù)量增多，晶界對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用增強(qiáng)，從而提高了合金的硬度。當(dāng)加熱速率進(jìn)一步提高到20℃/min時(shí)，合金的硬度達(dá)到最大值，約為1650HV。在這個(gè)加熱速率下，WC晶粒尺寸均勻細(xì)小，晶界強(qiáng)化作用顯著，合金的硬度得到了有效提升。當(dāng)加熱速率達(dá)到30℃/min時(shí)，合金的硬度略有下降，約為1620HV。過(guò)高的加熱速率可能導(dǎo)致樣品內(nèi)部溫度梯度增大，產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，引發(fā)微裂紋等缺陷，這些缺陷會(huì)成為應(yīng)力集中源，降低合金的硬度。耐磨性也是WC-10Co硬質(zhì)合金的重要性能。通過(guò)銷(xiāo)盤(pán)式磨損試驗(yàn)研究不同加熱速率下合金的耐磨性能，結(jié)果表明，隨著加熱速率的增加，合金的耐磨性逐漸提高。在加熱速率為5℃/min時(shí)，合金的磨損質(zhì)量損失較大，約為0.08g。由于WC晶粒較大，在磨損過(guò)程中，大尺寸的WC晶粒容易脫落，導(dǎo)致磨損加劇。當(dāng)加熱速率提高到10℃/min時(shí)，磨損質(zhì)量損失降低到約0.065g。此時(shí)，WC晶粒尺寸減小，在磨損過(guò)程中能夠提供更多的硬質(zhì)支撐點(diǎn)，分散磨損應(yīng)力，減少了磨損的發(fā)生。當(dāng)加熱速率達(dá)到20℃/min時(shí)，合金的耐磨性最佳，磨損質(zhì)量損失僅為0.05g。均勻細(xì)小的WC晶粒和良好的晶界結(jié)構(gòu)使得合金在磨損過(guò)程中具有更好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，有效提高了合金的耐磨性。當(dāng)加熱速率為30℃/min時(shí)，雖然WC晶粒尺寸進(jìn)一步減小，但由于熱應(yīng)力導(dǎo)致的微裂紋等缺陷，使得合金的耐磨性略有下降，磨損質(zhì)量損失增加到約0.055g。加熱速率對(duì)合金的強(qiáng)度和韌性也有一定的影響。隨著加熱速率的增加，合金的強(qiáng)度先升高后降低。在較低加熱速率下，由于WC晶粒較大，晶界結(jié)合力較弱，合金的強(qiáng)度較低。隨著加熱速率的提高，WC晶粒細(xì)化，晶界數(shù)量增多，晶界強(qiáng)化作用增強(qiáng)，合金的強(qiáng)度逐漸提高。當(dāng)加熱速率過(guò)高時(shí)，熱應(yīng)力導(dǎo)致的微裂紋等缺陷會(huì)降低合金的強(qiáng)度。對(duì)于韌性而言，加熱速率對(duì)其影響相對(duì)較小，但在過(guò)高加熱速率下，由于微裂紋等缺陷的產(chǎn)生，合金的韌性也會(huì)有所下降。加熱速率對(duì)微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金的性能有著顯著的影響。適當(dāng)提高加熱速率可以細(xì)化WC晶粒，增加晶界數(shù)量，提高合金的硬度和耐磨性。過(guò)高的加熱速率會(huì)導(dǎo)致熱應(yīng)力增加，產(chǎn)生微裂紋等缺陷，降低合金的性能。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)具體需求選擇合適的加熱速率，以獲得性能優(yōu)異的WC-10Co硬質(zhì)合金。5.4.2保溫時(shí)間對(duì)性能的影響保溫時(shí)間是微波燒結(jié)WC-10Co硬質(zhì)合金過(guò)程中的另一個(gè)重要工藝參數(shù)，它對(duì)合金的性能有著復(fù)雜的影響。在固定加熱速率為20℃/min、燒結(jié)溫度為1320℃的條件下，分別設(shè)置5min、10min、15min、20min四種不同的保溫時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以研究保溫時(shí)間對(duì)合金性能的影響規(guī)律。硬度測(cè)試結(jié)果表明，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，合金的硬度呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)。當(dāng)保溫時(shí)間為5min時(shí)，合金的硬度相對(duì)較低，維氏硬度約為1600HV。此時(shí)，由于保溫時(shí)間較短，原子擴(kuò)散和物質(zhì)遷移不夠充分，合金的致密化程度較低，WC晶粒與Co粘結(jié)相之間的結(jié)合不夠緊密，導(dǎo)致合金的硬度較低。隨著保溫時(shí)間延長(zhǎng)至10min，合金的硬度有所提高，達(dá)到約1630HV。在這個(gè)保溫時(shí)間下，原子擴(kuò)散和物質(zhì)遷移過(guò)程進(jìn)一步進(jìn)行，合金的致密化程度提高，WC晶粒與Co粘結(jié)相之間的結(jié)合更加緊密，從而提高了合金的硬度。當(dāng)保溫時(shí)間達(dá)到15min時(shí)，合金的硬度達(dá)到最大值，約為1650HV。此時(shí)，合金的致密化過(guò)程基本完成，WC晶粒尺寸均勻細(xì)小，Co粘結(jié)相均勻地包裹在WC晶粒周?chē)?，形成了良好的粘結(jié)結(jié)構(gòu)，合金的硬度得到了有效提升。當(dāng)保溫時(shí)間繼續(xù)延