超细晶WC-Co硬质合金因其同时具备高硬度和高强度的特性,而被广泛应用于切削刀具、冲击工具和耐磨蚀零部件等领域。在硬质合金制备过程中,WC粉的特性直接遗传于W粉,因此制备分散性好、粒度均匀的纳米W粉是超细晶WC-Co硬质合金制备的关键技术。本文采用“固-液”混合法,在仲钨酸铵原料中添加一定量的As元素,通过煅烧、氢还原、碳化、液相烧结等工艺,制备出粒度均匀的纳米W粉、超细WC粉和性能优异的超细晶WC-Co硬质合金。研究过程中,采用XRD测定不同阶段样品的物相组成;SEM观察粉末或硬质合金样品的颗粒或晶粒大小、形貌,并结合EDS分析As元素在样品中的分布情况;TEM鉴定氧化钨粉、钨粉及碳化钨粉样品中As的存在状态及演变规律;利用ICP分析技术对仲钨酸铵、氧化钨粉、钨粉及碳化钨粉中的As含量进行定量分析;通过图像统计法测定粒径或晶粒大小分布;采用排水法、显微维氏硬度计和维氏压痕裂纹法分别测定硬质合金的致密度、硬度和断裂韧性。研究获得的主要结论如下:1.APT-As前驱体复合粉末煅烧过程中,一部分As元素会以气态As2O3的形式从前驱体中逸出,造成三氧化钨团聚体结构更加疏松多孔,这种多孔结构将有利于氧化钨氢还原过程中,氢气的进入及水蒸气的排出,从而降低炉内的水蒸气分压,抑制W颗粒通过“挥发-沉积”而长大。另一部分As元素会与W、O元素结合形成W2O3(AsO4)2三元化合物,最终As将以As2O3和W2O3(AsO4)2的形式存在于三氧化钨粉中。2.W-As复合粉末的粒径,随着As添加量的增加而逐渐减小。其中0.1 wt%As的添加量为W粉细化的临界值,当As添加量达到1.0 wt%时,可制备出平均粒径为80 nm的W-As复合粉末。在WO3-As复合粉末氢还原过程中,生成的WAs2第二相为W形核提供形核核心,增加W的形核率,并形成“核(WAs2)—壳(W)”结构的W-As复合纳米粒子;附着于W颗粒表面的WAs2粒子,将阻碍W颗粒通过晶界迁移而长大;此外,挥发性的As2O3和As将降低炉内水蒸气分压,抑制W颗粒通过“挥发-沉积”而长大。3.WAs2比较稳定,W粉碳化后,As仍以WAs2的形式存在于WC粉中,制得的WC-1%As复合粉末分散性良好、粒径均匀,其平均粒径为0.22μm。在碳化过程中,作为W形核核心的WAs2颗粒将裸露出来,分布于WC颗粒之间,阻碍了WC颗粒通过晶界迁移而长大,并减弱了细小WC颗粒之间的团聚作用。4.在WC-Co硬质合金液相烧结过程中,溶解于Co相内的WAs2将阻碍WC在Co相内的溶解及析出,进而抑制WC颗粒长大。YG6-1%As合金晶粒均匀,其平均晶粒为0.47μm,为超细晶WC-Co硬质合金。YG6-1%As合金的致密度、硬度及断裂韧性分别为97.3%、1239.8 Hv、10.86 Mpa·m1/2,与YG6合金相比,均有较大幅度地提高。