V-Cr-La掺杂WC-Co合金烧结过程中合金组元之间的溶解与界面偏析协同行为

以申请者V-Cr-Ln 高效晶粒生长抑制剂的开发与V/Cr-Ln自润滑功能基元的最新发现为背景，围绕晶粒生长有效抑制这一国际性难题，以V-Cr-La掺杂WC-Co合金体系为研究对象，采用现代分析检测技术与界面能、界面分离功、界面电子结构第一性原理计算结合的研究手段，原创性的合金制备技术与微观组织三维体式观察方法，通过V、Cr掺杂方式与掺杂La活性变化，探讨烧结过程中V-Cr-La-W在Co中溶解协同行为、V-Cr-La-W协同作用环境下W原子从Co中析出行为、V-Cr-La在合金相界与晶界偏析协同行为、溶解与界面偏析之间协同行为及其相关机理。项目开展可为掺杂硬质合金复杂界面第一性原理研究、晶粒生长抑制与合金强韧化机理研究、新型晶粒生长抑制剂开发、自润滑功能基元本质与稀土掺杂硬质合金服役过程中稀土定向迁移机理研究、功能导向高性能超细硬质合金研发以及相关知识体系的建立提供获得重要突破的可能。

以申请者V–Cr–Ln （稀土）高效晶粒生长抑制剂的开发与V/Cr–Ln自润滑功能基元的最新发现为背景，围绕晶粒生长有效抑制这一国际性难题，以V–Cr–Ln掺杂WC–Co合金体系为研究对象，采用现代分析检测技术、原创性的合金制备技术与实验观察样品制备技术以及微观组织三维体式观察方法，通过掺杂稀土活性变化，探讨了烧结过程中V–Cr–Ln–W在Co中溶解协同行为、V–Cr–Ln–W协同作用环境下W原子从Co中析出行为、V–Cr–Ln在合金相界与晶界偏析协同行为、溶解与界面偏析之间协同行为及其相关机理。由于超细晶硬质合金晶粒度≤0.5 µm，合金中Co粘结相平均自由程（粘结相薄层的平均厚度）＜0.5 µm，目前国内微观检测装备水平根本无法对超细晶硬质合金Co粘结相成分特性进行有效研究，即使采用纳米压痕技术也无法对超细晶硬质合金中Co粘结相力学性能进行研究。本研究在学术方面的创新主要体现在：（1）开发了基于选择性电溶WC机理的钴粘结相骨架裸露样品制备技术，开发了高晶粒生长驱动力生长环境下硬质合金中WC晶粒原位生长观察技术，利用超粗晶硬质合金粗大Co基固溶体粘结相平均自由程特性，在超粗晶合金体系中研究V–Cr–Ln掺杂WC–Co合金烧结过程中合金组元之间的溶解与界面偏析协同行为，获得了在超细晶硬质合金体系中无法获得的研究结果，提出了基于溶解与界面偏析协同作用的硬质合金晶粒生长抑制机理与合金强韧化机理以及抑制剂的选择原则与合金强韧化方法；揭示了V–Cr–Ln掺杂WC–Co合金中自润滑功能基元本质，提出了功能导向高性能超细晶硬质合金材料设计基本原理与超细、纳米WC原料制备工艺设计基本原理。（2）通过“稀土在Cr/V–RE/La2O3联合掺杂WC–Co合金烧结过程中的定向迁移行为与机理”的研究，解决了长期困扰硬质合金产业领域的稀土硬质合金质量稳定性控制的国际难题，奠定了功能导向高性能超细晶硬质合金产业化基础。