WC-Co合金的抗弯强度和硬度随WC晶粒尺寸减小而增加,当晶粒尺寸达到纳米尺度时其力学性能将成倍增加,具有更高强度、硬度、耐磨性和断裂韧性的纳米硬质合金,已成为当今超硬材料研究的重点。目前,制备纳米硬质合金的技术关键主要是:1)简化工艺,合成物相纯净、颗粒细小、组分均匀的纳米硬质合金粉体原料;2)通过添加晶粒长大抑制剂及开发低温、快速、加压的烧结新工艺,防止WC晶粒在烧结过程中的长大。本文提出一种简便、快捷、低成本制备纳米硬质合金材料的技术方法,将水热法引入纳米硬质合金材料的制备工艺中,通过合成碳包覆核壳结构前驱体,经原位反应得到了含晶粒长大抑制剂的WC-Co-VC等纳米复合粉体,并利用粉末冶金技术制备了WC-Co、WC-Co-VC等合金块体样品。通过该工艺技术有效改善了复合材料混合均匀性,获得了高质量的纳米硬质合金粉体原料,同时,由于在前期引入晶粒长大抑制剂,弥散分布更均匀,更好地发挥抑制剂的作用,提高了的合金力学性能。论文系统研究了纳米WC及其复合材料的制备工艺、性能及机理,具体内容如下:1.研究了水热合成碳包覆核壳结构前驱体的工艺条件及反应机理。结合SEM、TEM、HRTEM、FT-IR和XRD等分析手段,研究了几种有机物水热反应的碳化产率,以及碳化产物和形成核壳结构的形貌特征,筛选出可溶性淀粉为有机碳源;分别研究了水热温度、保温时间、溶液pH值、分散剂、反应助剂等条件对产物的影响,结果表明,水热反应时间、pH值及分散剂是影响金属盐形核产率和颗粒大小的主要因素,而水热温度和反应助剂的添加量则主要影响有机碳源的碳化过程;分析了核壳结构的反应机理,得到了优化的工艺参数,合成了粒径为30~60 nm的核壳结构球形颗粒。2.采用原位反应法,将不同组分的核壳结构前驱体分别制备了WC、VC、WC-Co和WC-Co-VC等系列纳米粉体,并研究了相关过程的工艺参数。根据热力学理论,分析了反应体系的热力学过程;依据热力学分析结果设计反应路线,并系统研究了各工艺条件对产物的影响;在温度950~1000℃、保温0.5~1 h条件下,分别制备出平均粒径为40~80 nm的WC、VC、WC-Co和WC-Co-VC复合粉体。与传统工艺相比,反应温度降低了200~500℃,反应时间缩短了20~70 h,研究表明:1)由于核壳结构前驱体中各反应原料混合均匀、接触紧密,增大了反应物间接触面积,缩短了反应原子的扩散距离,降低了反应活化能;2)生成的Co单质在碳化反应过程中充当催化剂,降低了反应活化能,使反应能在较温和条件下顺利完成。3.采用粉末冶金技术,分别将纳米WC-Co和WC-Co-VC复合粉体烧制成块体样品,并研究了烧结温度、保温时间、VC添加量以及添加方式对产物显微组织和力学性能的影响。结果表明,在温度1260℃、保温30 min条件下,得到WC-10wt%Co块体样品中WC平均晶粒尺寸为520 nm,维氏硬度(HV30)达1720kg/mm2,抗弯强度达2035 MPa。在相同工艺条件下,添加VC的WC-10wt%Co-0.6wt%VC块体样品中WC平均晶粒尺寸为280 nm,维氏硬度(HV30)达1830 kg/mm2,抗弯强度达2000 MPa,表明添加VC能有效抑制WC晶粒长大。与普通工艺制备相同成分的合金相比,本文样品的硬度值提高了6%~8.6%,抗弯强度增大了16.7~18.3%%。4.研究了WC晶粒的长大机制及VC抑制剂的作用机理。在液相烧结过程中,由于不规则的WC大颗粒界面具有较大的表面能,能为表面形核提供能量,溶解于液相的WC容易在其表面获得能量,产生很多二维晶核,使液相质点沿着这些晶核台阶析出生长,从而导致WC晶粒长大。而抑制剂VC优先沿WC/Co及WC/WC界面析出,增大了WC界面二维形核的障碍能*2 DΔG,阻碍了沿WC晶粒长大的进程,从而抑制了WC晶粒长大。