唐 煒，楊樹(shù)忠，張 帆，歐立明，肖穎奕，湯昌仁，郭永忠

（1.贛州有色冶金研究所，江西 贛州 341000；2.江西省鎢與稀土功能合金材料工程實(shí)驗(yàn)室，江西 贛州 341000；3.江西江鎢硬質(zhì)合金有限公司，江西 宜春 330699；4.江西鎢業(yè)控股集團(tuán)有限公司，江西 南昌 330096）

網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“網(wǎng)狀合金”）是通過(guò)特種工藝將一定比例的高硬度硬質(zhì)合金與高強(qiáng)韌的金屬或硬質(zhì)合金復(fù)合而成的一種高硬組織均勻分布在高強(qiáng)韌網(wǎng)狀基體中的新型顯微組織結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金[1-7]。網(wǎng)狀合金中，高硬度組織提供了高耐磨性，高韌性的基體起到鈍化裂紋、偏轉(zhuǎn)裂紋及吸收沖擊功的作用，增強(qiáng)了抗沖擊斷裂性能，從而獲得兼具高耐磨性、高沖擊韌性的綜合力學(xué)性能[1，7]。

目前，網(wǎng)狀合金的制備技術(shù)主要包括熔滲法[1]、待壓料法[1-4，6，8-9]和共擠出法[10-13]，其中待壓料法最具產(chǎn)業(yè)化可行性[14]。待壓料法是使用混料手段將球形團(tuán)粒與基體充分混合獲得待壓料（Ready-to-Press Powder，RTP），再經(jīng)模壓成型和燒結(jié)致密化獲得網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金。使用這種方法制備網(wǎng)狀合金的關(guān)鍵之一是WC-Co團(tuán)粒的制備和粒徑的選擇。生產(chǎn)實(shí)踐中，最成熟的WC-Co團(tuán)粒制備方法是噴霧干燥技術(shù)，制備的團(tuán)粒粒徑范圍從幾微米至數(shù)百微米，分布較寬。團(tuán)粒粒徑組成對(duì)網(wǎng)狀合金的組織結(jié)構(gòu)及物理/力學(xué)性能有較大的影響。

鄭清藝[15]以WC-15Ni為基體原料，以15～45μm的WC-10 Ni為團(tuán)粒原料制備了WC-Ni網(wǎng)狀合金，但文中沒(méi)有針對(duì)團(tuán)粒尺寸展開(kāi)深入研究。Deng Xin等[7]研究了 55 μm、71 μm、91 μm、106 μm 和 133 μm的WC-18% Co（體積分?jǐn)?shù)）團(tuán)粒對(duì)網(wǎng)狀合金（基體為體積分?jǐn)?shù)為30%的純鈷）的斷裂韌性、維氏硬度及耐磨性的影響機(jī)理，結(jié)果表明隨著團(tuán)粒尺寸的增加，Co平均自由程增厚，磨損表面硬質(zhì)團(tuán)粒所占面積分?jǐn)?shù)增大，從而同時(shí)提升了合金的韌性和耐磨性。FANG Z G等[16]以完全致密化的硬面材料用WC-6% Co噴涂粉為團(tuán)粒原料，以純鈷為基體原料制備網(wǎng)狀合金，對(duì)比研究了50 μm和150 μm的團(tuán)粒對(duì)網(wǎng)狀合金韌性和耐磨性的影響，獲得了一致的結(jié)果。FANG Z G在專(zhuān)利中指出，團(tuán)粒粒徑允許范圍為小于 500 μm，最佳范圍為 20～300 μm[1]。當(dāng)粒徑大于500 μm時(shí)，網(wǎng)狀合金雖表現(xiàn)出更好的耐磨性，但大團(tuán)粒容易開(kāi)裂或脫落，導(dǎo)致韌性降低；而當(dāng)小于20 μm時(shí)，尺寸接近傳統(tǒng)合金的大晶粒，從而導(dǎo)致耐磨性降低。

FANG Z G和Deng Xin等的結(jié)論是建立在以純金屬（如Co）為基體的基礎(chǔ)上獲得的。這類(lèi)網(wǎng)狀合金基體的平均自由程很大，在液相燒結(jié)過(guò)程中，液相純金屬不僅為團(tuán)粒的位移提供較大的自由度，還容易填充孔隙/孔洞，從而容易致密化。但以WC-Co為基體時(shí)，由于WC-Co基體將影響RTP的堆積狀態(tài)；在液相燒結(jié)過(guò)程中，對(duì)孔隙的填充較純鈷更加困難，從而對(duì)網(wǎng)狀合金的致密化及力學(xué)性能影響很大。

本研究選擇地礦工具用量較大的典型牌號(hào)YG6硬質(zhì)合金（硬度較高）噴霧干燥料為團(tuán)粒原料，選擇YG8C牌號(hào)硬質(zhì)合金（強(qiáng)韌性較高）混合料漿為基體原料制備網(wǎng)狀合金，研究不同的團(tuán)粒粒徑組成條件下，YG6/YG8C網(wǎng)狀合金的致密化和物理/力學(xué)性能的影響規(guī)律，并初步探討其影響機(jī)理。

1 試驗(yàn)方法

分別以 FSSS粒度為 2.46 μm 和 3.44 μm的WC粉為團(tuán)粒和基體的硬質(zhì)相原料，團(tuán)粒和基體的Co含量分別為6.0%和8.0%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），對(duì)應(yīng)的硬質(zhì)合金牌號(hào)分別為YG6和YG8C。它們的WC晶粒度、硬度HRA和抗彎強(qiáng)度見(jiàn)表1，場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）照片如圖1所示。YG8C的晶粒度為2.6μm，符合ISO/TC 190技術(shù)委員會(huì)和德國(guó)粉末冶金協(xié)會(huì)對(duì)WC-Co合金的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[17]。YG6的硬度高，但抗彎強(qiáng)度偏低，YG8C反之，符合網(wǎng)狀合金的團(tuán)粒和基體的選材要求。

表1 牌號(hào)YG6和YG8C常規(guī)硬質(zhì)合金相關(guān)信息Tab.1 Related information of conventional grades of YG6 and YG8C

圖1 YG6和YG8C硬質(zhì)合金的FESEM形貌照片F(xiàn)ig.1 FESEM morphology of conventional grades of YG6 and YG8C

依次經(jīng)配料、濕磨（噴霧干燥）后制備出YG6噴霧干燥料和YG8C基體料漿。YG6噴霧干燥料經(jīng)熱處理后依次使用孔徑為 150 μm、125 μm、100 μm 和75 μm的不銹鋼篩網(wǎng)進(jìn)行篩分，分別獲得75～150μm、125～150 μm、100～125 μm 和 75～100 μm 4 種粒徑范圍的YG6團(tuán)粒料。如表2所示，將團(tuán)粒料和基體料漿按體積比為70∶30進(jìn)行配料混合，按照之前報(bào)道的文獻(xiàn)[3，18]制備出4款網(wǎng)狀合金。YG6和YG8C及網(wǎng)狀合金的低壓燒結(jié)最高溫度為1 430℃，氣壓壓力為2 MPa。

表2 網(wǎng)狀合金YG6團(tuán)粒的粒徑范圍和團(tuán)粒與基體配比Tab.2 The size of YG6 agglomerate and agglomerate/matrix proportion of the reticulated alloy

分別使用METTLER TOLEDO XS204型密度天平、SETARAM LCT7271-1型鈷磁測(cè)定儀和Sukjin Industries SJ-CM-2000型矯頑磁力測(cè)量?jī)x、FT LC200R型洛氏硬度計(jì)測(cè)試合金的密度、鈷磁、矯頑磁力和硬度HRA；使用美特斯CMT5105型萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)試合金PS21試樣的抗彎強(qiáng)度，測(cè)試條件：跨距為 14.5 mm，壓頭加載速率為 0.1 mm/min；使用德國(guó)Carl Zeiss Axiovert 40 MAT金相顯微鏡對(duì)網(wǎng)狀合金拋光樣進(jìn)行孔隙觀察；使用美國(guó)FEI Inspect F50型場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（FESEM）對(duì)合金的顯微組織和團(tuán)粒料進(jìn)行觀察。合金的顯微組織觀察前，合金樣品依次經(jīng)鑲樣、磨拋和Murakami試劑的腐蝕處理（YG6、YG8C牌號(hào)硬質(zhì)腐蝕3 min，網(wǎng)狀合金腐蝕3～4 min）。在團(tuán)粒料的FESEM照片基礎(chǔ)上，采用Nano Measurer軟件對(duì)篩分后的團(tuán)粒粒徑進(jìn)行測(cè)量。

文中的密度、鈷磁和矯頑磁力值為2個(gè)測(cè)得值的平均值，硬度HRA和抗彎強(qiáng)度為6～8個(gè)測(cè)得值的平均值，團(tuán)粒料的平均粒徑和粒徑分布為500±50個(gè)團(tuán)粒尺寸的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 團(tuán)粒料的粒徑組成

圖2顯示了篩分后4種粒級(jí)團(tuán)粒料的FESEM照片。對(duì)比圖中團(tuán)粒的大小及其均勻性可以發(fā)現(xiàn)，75～150 μm 的團(tuán)粒料大小不一（圖2（a）），而經(jīng)過(guò)篩分后的團(tuán)粒尺寸相對(duì)均勻（圖2（b）、圖2（c）和圖2（d）），且篩分后的團(tuán)粒粒徑隨著篩網(wǎng)孔徑的減小而減小。使用Nano Measurer軟件對(duì)圖2所示所示的團(tuán)粒粒徑進(jìn)行測(cè)量，每種粒級(jí)測(cè)量500±50個(gè)團(tuán)粒，粒徑分布及粒徑的最小值、最大值和平均值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖3所示。

圖2 篩分后4種粒級(jí)的團(tuán)粒料FESEM照片F(xiàn)ig.2 FESEM morphology of the four sizes of agglomerates after sieved

圖3 篩分后4種粒級(jí)的團(tuán)粒料的粒徑分布圖及相關(guān)粒徑數(shù)據(jù)Fig.3 Size distribution and relative size values of the four agglomerates after sieved

從圖3中可以看出75～150 μm篩分獲得的團(tuán)粒粒徑分布寬，最大和最小的團(tuán)粒粒徑分別為155.4 μm和69.3 μm，而另外3種粒級(jí)的團(tuán)粒粒徑分布窄；從75～150 μm的團(tuán)粒粒徑分布曲線(xiàn)還可以看出，小粒徑團(tuán)粒比大粒徑團(tuán)粒多，這與75～150 μm篩分獲得的團(tuán)粒平均粒徑（96.9 μm）介于 100～125 μm 和75～100 μm篩分獲得的團(tuán)粒平均粒徑（分別為113.7 μm 和 86.3 μm）之間，而遠(yuǎn)小于 125～150 μm篩分獲得的團(tuán)粒平均粒徑（137.7 μm）。團(tuán)粒粒度組成將對(duì)后續(xù)模壓成型時(shí)團(tuán)粒堆積密度[19-20]以及網(wǎng)狀合金的組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能有較大影響。

2.2 網(wǎng)狀合金的組織結(jié)構(gòu)

4種粒徑范圍的YG6團(tuán)粒料與YG8C基體料按70∶30的體積比制備的網(wǎng)狀合金FESEM照片如圖4所示。從圖4中可以看出，各種粒級(jí)的團(tuán)粒料制備的網(wǎng)狀合金中團(tuán)粒組織（為區(qū)分與團(tuán)粒料的表述區(qū)別，網(wǎng)狀合金中將YG6的組織稱(chēng)作團(tuán)粒組織）的球形結(jié)構(gòu)完整，基本沒(méi)有出現(xiàn)破碎和嚴(yán)重變形的情形，說(shuō)明團(tuán)粒在熱處理過(guò)程中產(chǎn)生了足夠的燒結(jié)頸，使團(tuán)粒具備一定的抗壓破碎/變形能力。在75～150μm團(tuán)粒料制備的網(wǎng)狀合金中團(tuán)粒組織的尺寸大小不一，如較大的為 87.6 μm，而較小的為 43.2 μm（如圖4（a）所示）；而 125～150 μm、100～125 μm 和75～100 μm團(tuán)粒料制備的網(wǎng)狀合金中團(tuán)粒組織大小相對(duì)均勻，典型的團(tuán)粒組織尺寸分別為88.2 μm（圖4（c））、77.1 μm（圖4（e））和 59.8 μm（圖4（g）），說(shuō)明團(tuán)粒組織大小遺傳了團(tuán)粒料粒度組成。網(wǎng)狀合金中團(tuán)粒組織的尺寸要明顯小于圖2所示的團(tuán)粒料的粒徑，這是由于在網(wǎng)狀合金的燒結(jié)過(guò)程中，團(tuán)粒產(chǎn)生了較大的收縮。

圖4 不同粒徑的團(tuán)粒制備的網(wǎng)狀合金FESEM照片F(xiàn)ig.4 FESEM morphology of reticulated alloys prepared from agglomerates with different sieving sizes

此外，從圖4中還可以觀察到不同粒級(jí)的團(tuán)粒料制備的網(wǎng)狀合金的基體出現(xiàn)了不同程度的聚集現(xiàn)象。從圖4（b）中可以觀察到，75～100 μm團(tuán)粒料制備的網(wǎng)狀合金中，基體聚集概率小，聚集層厚度較薄。但125～150 μm團(tuán)粒料制備的網(wǎng)狀合金中基體聚集概率和聚集層厚度明顯增大和增厚（圖4（d））。隨著團(tuán)粒料平均粒徑的減小，網(wǎng)狀合金中基體聚集概率和聚集層厚度隨之減小和減?。▓D4（f）和（h））。網(wǎng)狀合金中基體的聚集概率和厚度與團(tuán)粒料的粒徑分布和平均粒徑有較大關(guān)系。

2.3 網(wǎng)狀合金的物理/力學(xué)性能

分別對(duì)YG6合金、YG8C合金和4款網(wǎng)狀合金的密度、鈷磁、矯頑磁力、硬度HRA和抗彎強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試分析，研究團(tuán)粒粒徑和YG6團(tuán)粒在合金中的體積含量對(duì)合金物理/力學(xué)性能的影響。將YG8C視為YG6團(tuán)粒在網(wǎng)狀合金中的體積含量為0，將YG6視為YG6團(tuán)粒在網(wǎng)狀合金中的含量為100%（體積分?jǐn)?shù)）。4款網(wǎng)狀合金中YG6團(tuán)粒的含量均為70%（體積分?jǐn)?shù)），則將合金的物理/力學(xué)性能對(duì)YG6團(tuán)粒在網(wǎng)狀合金中的體積占比作圖。

圖5顯示了合金的密度隨團(tuán)粒粒徑和團(tuán)粒在合金中的體積占比的變化趨勢(shì)。從圖5（a）可以看出，4款網(wǎng)狀合金的測(cè)定密度均為14.90 g/cm3，與其理論密度一致。說(shuō)明4款網(wǎng)狀合金均達(dá)到了充分致密化，且測(cè)定密度不隨著團(tuán)粒粒徑的變化而變化。網(wǎng)狀合金的密度介于YG6團(tuán)粒和YG8C基體單獨(dú)制備的合金的密度之間，且與這兩款傳統(tǒng)合金的密度呈直線(xiàn)關(guān)系（圖5（b））。充分致密化的WC-Co硬質(zhì)合金（包括網(wǎng)狀合金）的密度只與其組分及含量有關(guān)。

圖5 網(wǎng)狀合金的密度隨團(tuán)粒粒徑及團(tuán)粒在網(wǎng)狀合金中的體積占比的變化趨勢(shì)Fig.5 The tendency of the tested density of reticulated alloy with the size of the particles and the increase of agglomerates contents in the reticulated alloy

合金的鈷磁隨團(tuán)粒粒徑和團(tuán)粒在合金中的體積占比的變化趨勢(shì)如圖6所示。從圖6（a）可以觀察到，4款網(wǎng)狀合金的鈷磁均為6.1%，不隨著團(tuán)粒粒徑的變化而變化。網(wǎng)狀合金的鈷磁介于YG6團(tuán)粒和YG8C基體單獨(dú)制備的合金的鈷磁之間，且與其呈線(xiàn)性關(guān)系（圖6（b））。WC-Co硬質(zhì)合金的鈷磁是綜合反映硬質(zhì)合金的鈷含量和總碳量的一個(gè)物理量。Co含量越低，總碳含量越低，Co磁越低[21]。本研究中網(wǎng)狀合金的總碳含量和Co含量均與團(tuán)粒在網(wǎng)狀合金中的含量呈線(xiàn)性關(guān)系，并且團(tuán)粒的篩分并未改變總碳含量和Co含量。

圖6 網(wǎng)狀合金的鈷磁隨團(tuán)粒粒徑及團(tuán)粒在網(wǎng)狀合金中的體積占比的變化趨勢(shì)Fig.6 The tendency of the cobalt magnet of reticulated alloy with the size of the particles and the increase of agglomerates contents in the reticulated alloy

圖7為合金的矯頑磁力隨團(tuán)粒粒徑和團(tuán)粒在合金中的體積占比的變化趨勢(shì)。100～125 μm制備的網(wǎng)狀合金的矯頑磁力為13.2 kA/m，其他3款網(wǎng)狀合金的均為 13.1 kA/m（圖7（a））。從圖7（b）中看到，網(wǎng)狀合金的矯頑磁力介于YG6和YG8C單獨(dú)制備的合金的矯頑磁力之間，但位于兩者的連線(xiàn)（虛線(xiàn)）的下方，說(shuō)明網(wǎng)狀合金WC晶粒度出現(xiàn)了長(zhǎng)大現(xiàn)象。合金的硬度隨團(tuán)粒粒徑和團(tuán)粒在合金中體積占比的變化趨勢(shì)如圖8所示。圖8中顯示的變化趨勢(shì)與圖7中的趨勢(shì)一致。與之前報(bào)道[18]不同，本研究網(wǎng)狀合金的矯頑磁力和硬度不與團(tuán)粒在合金中體積占比呈一次線(xiàn)性關(guān)系。WC-Co硬質(zhì)合金的矯頑磁力主要受Co含量、總碳含量和WC晶粒度的影響。當(dāng)鈷磁一樣時(shí)，矯頑磁力主要反映WC晶粒度大小，晶粒越粗，矯頑磁力值越低[22]。WC-Co硬質(zhì)合金的硬度主要受Co含量和WC晶粒度的影響。Co含量恒定不變時(shí)，WC晶粒度越大，則硬度越小[23]。網(wǎng)狀合金的WC晶粒增粗導(dǎo)致了硬度下降。本研究中的網(wǎng)狀合金是由2.46 μm和3.44 μm兩種規(guī)格的WC粉制備的。兩種粗細(xì)搭配的WC粉促進(jìn)了液相燒結(jié)過(guò)程中的溶解-析出，最終導(dǎo)致網(wǎng)狀合金矯頑磁力值偏小。由此可以判斷，網(wǎng)狀合金的矯頑磁力和硬度不受團(tuán)粒組成影響。

圖7 網(wǎng)狀合金的矯頑磁力隨團(tuán)粒粒徑的變化趨勢(shì)及團(tuán)粒在網(wǎng)狀合金中的體積占比的變化趨勢(shì)Fig.7 The tendency of the coercive force of reticulated alloys with the size of the particles and the increase of agglomerates contents in the reticulated alloy

圖8 網(wǎng)狀合金的硬度隨團(tuán)粒粒徑及團(tuán)粒在網(wǎng)狀合金中的體積占比的變化趨勢(shì)Fig.8 The tendency of the hardness of reticulated alloys with the size of the particles and the increase of agglomerates contents in the reticulated alloy

圖9顯示了合金抗彎強(qiáng)度隨團(tuán)粒粒徑和團(tuán)粒在合金中體積占比的變化趨勢(shì)。從圖9（a）可以觀察到，125～150 μm團(tuán)粒制備的網(wǎng)狀合金的抗彎強(qiáng)度平均值最低（3 184 MPa）且均方差最大（345 MPa），而其他3款網(wǎng)狀合金抗彎強(qiáng)度相對(duì)穩(wěn)定，平均值基本在水平線(xiàn)上。因此，網(wǎng)狀合金抗彎強(qiáng)度也不受團(tuán)粒組成影響。125～150 μm團(tuán)粒制備的網(wǎng)狀合金的抗彎強(qiáng)度偏低和波動(dòng)性大是因殘留孔隙/孔洞造成。圖9（b）顯示，75～150 μm團(tuán)粒制備的網(wǎng)狀合金的抗彎強(qiáng)度與YG6和YG8C單獨(dú)制備的合金的抗彎強(qiáng)度呈線(xiàn)性關(guān)系，與之前報(bào)道[18]一致。

圖9 網(wǎng)狀合金的抗彎強(qiáng)度隨團(tuán)粒粒徑及團(tuán)粒在網(wǎng)狀合金的中體積占比的變化趨勢(shì)Fig.9 The tendency of the bending strength of reticulated alloys with the size of the particles and the increase of agglomerates contents in the reticulated alloy

綜合上述結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)狀合金的團(tuán)粒組織大小直接遺傳了原料團(tuán)粒粒徑大小和分布，團(tuán)粒料的粒徑組成對(duì)基體聚集影響很大，但網(wǎng)狀合金物理/力學(xué)性能與基體偏聚無(wú)明顯規(guī)律。忽略粗細(xì)搭配的WC粉促進(jìn)了液相燒結(jié)過(guò)程中的溶解-析出情況下，網(wǎng)狀合金的物理/力學(xué)性能均不受團(tuán)粒粒徑組成影響，且介于團(tuán)粒和基體單獨(dú)制備的合金的物理/力學(xué)性能之間，并與兩者物理/力學(xué)性能呈線(xiàn)性關(guān)系。大粒徑團(tuán)粒制備的網(wǎng)狀合金抗彎強(qiáng)度平均值低且波動(dòng)性大，針對(duì)這一點(diǎn)需要進(jìn)一步討論。

3 討論

圖10顯示了 75～150 μm 和 125～150 μm 團(tuán)粒制備的網(wǎng)狀合金表面FESEM照片及剖面金相照片。75～150 μm團(tuán)粒制備的網(wǎng)狀合金表面狀態(tài)與傳統(tǒng)合金類(lèi)似，相對(duì)光滑（圖10（a）），剖面照片顯示表面和內(nèi)部均未觀察到明顯的孔隙/孔洞（圖10（b））。然而，125～150 μm團(tuán)粒制備的網(wǎng)狀合金表面相對(duì)粗糙，能觀察到明顯的孔洞（圖10（c）），這些孔洞在其剖面金相照片表現(xiàn)為通孔（圖10（d））。從圖10（d）中還可以觀察到距表面80～200 μm范圍有閉孔的存在。75～150 μm團(tuán)粒制備的網(wǎng)狀合金抗彎強(qiáng)度低和波動(dòng)性大與非充分致密化，即網(wǎng)狀合金中孔隙度/孔洞的殘留密切相關(guān)[9，18，24]。

圖10 75～150 μm和125～150 μm團(tuán)粒制備的網(wǎng)狀合金表面FESEM照片及剖面金相照片F(xiàn)ig.10 FESSEM morphology of the surface and metellographic gragh of section of cellular cemented carbides with 75～150 μm and 125～150 μm agglomerates

網(wǎng)狀合金的致密化是團(tuán)粒和基體的收縮產(chǎn)生孔隙/孔洞（新生孔隙/孔洞）及原生孔隙/孔洞（網(wǎng)狀合金毛坯中存在的孔隙/孔洞）和新生孔隙/孔洞的填充的綜合結(jié)果。

毛坯中存在大量的原生孔隙/孔洞，也可稱(chēng)為原生空隙。原生空隙主要經(jīng)歷RTP顆粒的自由堆積、軸向壓力下RTP顆粒重排、基體料脫落并重排等過(guò)程后殘留在毛坯中。

原始堆積密度的關(guān)鍵影響因素為團(tuán)粒粒徑組成。細(xì)粉體積分?jǐn)?shù)大于粗粉空隙體積分?jǐn)?shù)，粗粉鑲嵌在細(xì)粉中，此時(shí)混合粉體的空隙體積含量為細(xì)粉的空隙體積含量[20]。此外，當(dāng)緊密堆積時(shí)，單一粒徑大顆粒的空隙大于小顆粒。因此，本文中，125～150 μm、100～125 μm 和 75～100 μm 3種粒級(jí)團(tuán)粒粒徑分布窄，類(lèi)似單一粒徑粉體，而75～150 μm團(tuán)粒粒徑分布寬，且小粒徑的顆粒數(shù)量遠(yuǎn)多于大粒徑顆粒。因此，75～150 μm RTP料在模壓成型裝料時(shí)，粉體空隙與125～150 μm RTP料相近，體積分?jǐn)?shù)相對(duì)較低；而125～150 μm RTP料的空隙較大，且體積分?jǐn)?shù)較高。

此外，RTP料是由團(tuán)粒與基體料混合制備而成?；w料包覆團(tuán)粒前后的FESEM形貌見(jiàn)圖11。圖11（a）顯示YG6團(tuán)粒為近球形，表面相對(duì)較光滑。團(tuán)粒與基體依次經(jīng)混料、干燥后，團(tuán)粒表面均勻地包覆了一層基體料，形成了典型的“球殼”結(jié)構(gòu)的網(wǎng)狀合金RTP料（圖11（b））。RTP料顆粒表面顯示出更粗糙的狀態(tài)。這種粗糙的表面增大了RTP顆粒之間的摩擦力，模壓成型裝料過(guò)程中空隙尺寸將增大，空隙體積分?jǐn)?shù)也進(jìn)一步增高。

圖11 基體料包覆團(tuán)粒前后的FESEM形貌Fig.11 FESEM morphology of agglomerates before and after covered by matrix

在后繼的軸向壓制壓力作用下，RTP料空隙和空隙體積分?jǐn)?shù)將通過(guò)顆粒重排、基體料脫落并重排等機(jī)制分別減小和降低。但原始堆積產(chǎn)生的大量空隙，特別是尺寸較大的空隙，很難完全通過(guò)后續(xù)的壓制實(shí)現(xiàn)充分縮小。這些大空隙在后續(xù)的液相燒結(jié)過(guò)程具有一定概率地殘留在網(wǎng)狀合金中。

新生孔隙/孔洞是液相燒結(jié)過(guò)程中，在液相Co表面張力和燒結(jié)壓力作用下，團(tuán)粒和基體發(fā)生WC顆粒位移、旋轉(zhuǎn)等顆粒重排而發(fā)生收縮。由于團(tuán)粒和基體收縮系數(shù)的差異，在原生空隙處和在“球殼”RTP顆粒的黏結(jié)力較薄弱處的團(tuán)粒/基體界面優(yōu)先產(chǎn)生新生孔隙/孔洞。因此新生孔隙/孔洞大概率地也是原生空隙的擴(kuò)大。因此，原生空隙越大，毛坯中基體層厚度越厚，新生孔隙/孔洞越大。

原生空隙和新生孔隙/孔洞的消除需要通過(guò)液相燒結(jié)過(guò)程中孔隙/孔洞的填充才能消除，即網(wǎng)狀合金的致密化?？紫?孔洞的填充主要通過(guò)以下3種方式實(shí)現(xiàn)：

（1）團(tuán)粒在3種作用力下填充大孔洞：基體收縮時(shí)，附近團(tuán)粒受到拉應(yīng)力；團(tuán)粒受到燒結(jié)壓力；團(tuán)粒受到相鄰團(tuán)粒和基體的壓應(yīng)力。在3種力的合力作用下，團(tuán)粒向比自身尺寸大的孔洞位移、旋轉(zhuǎn)、局部變形而實(shí)現(xiàn)填充孔洞。

（2）較大體積的基體WC顆粒和團(tuán)粒WC顆粒在液相Co表面張力、燒結(jié)壓力等的合力作用下產(chǎn)生較大距離位移，從而填充孔隙/孔洞。

（3）單個(gè)基體WC顆粒和團(tuán)粒WC顆粒在壓應(yīng)力、液相Co表面張力、燒結(jié)壓力等的合力作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)或小距離位移，從而填充微小孔隙。

在燒結(jié)過(guò)程中，網(wǎng)狀合金毛坯中的大孔隙/孔洞按上述第2種方式為主要填充方式，則在組織結(jié)構(gòu)中留下尺寸較大的基體聚集，如圖4（b）、圖4（d）、圖4（f）和圖4（h）。在網(wǎng)狀合金表面處的基體通過(guò)位移向網(wǎng)狀合金內(nèi)部遷移后，表面沒(méi)有多余的物料進(jìn)一步填充，導(dǎo)致表面殘存較大的凹痕，表現(xiàn)出較粗糙的表面。單一粒徑顆粒粒徑越大（如125～150 μm），毛坯中孔隙/孔洞尺寸越大，表面越粗糙（圖10（c））；反之，如粒徑分布寬的顆粒（75～150 μm）和單一粒徑小顆粒，表面越光滑（如圖10（a））。當(dāng)毛坯距表面較近的內(nèi)部孔洞較大時(shí)，表面基體和團(tuán)粒向內(nèi)部遷移但不能填充完全時(shí)，在表面殘留通孔（圖10（d））。周?chē)幕w和團(tuán)粒不能完全填充內(nèi)部較大的孔洞，在網(wǎng)狀合金內(nèi)部殘留閉孔（圖10（d））。

75～150μm 和 75～100 μm 毛坯的孔隙/孔洞較少，體積分?jǐn)?shù)較低，通過(guò)上述3種方式較容易實(shí)現(xiàn)填充，網(wǎng)狀合金致密充分，殘留孔隙少，從而抗彎強(qiáng)度高且穩(wěn)定。對(duì)于125～150μm毛坯的孔隙/孔洞較大，體積分?jǐn)?shù)高，表面或（和）內(nèi)部的大孔洞還有完全填充則留下孔隙/孔洞。這些殘留孔隙/孔洞處應(yīng)力高度集中，將嚴(yán)重降低網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度[18，24]。

4 結(jié)論

（1）小粒徑和寬粒徑范圍的團(tuán)粒有益于網(wǎng)狀合金組織結(jié)構(gòu)均勻性和完全致密化，而大粒徑的團(tuán)粒容易導(dǎo)致網(wǎng)狀合金基體偏聚和殘留孔隙/孔洞。網(wǎng)狀合金的致密化是團(tuán)粒和基體的收縮產(chǎn)生孔隙/孔洞及原生孔隙/孔洞和新生孔隙/孔洞的填充的綜合結(jié)果。

（2）網(wǎng)狀合金的物理力學(xué)性能基本不隨團(tuán)粒粒徑的變化而變化，而與團(tuán)粒/在基體中的體積含量呈線(xiàn)性關(guān)系。殘留孔隙/孔洞嚴(yán)重降低網(wǎng)狀合金的抗彎強(qiáng)度。