纳米复相组织结构对硬质合金性能的影响规律及微观机制

具有独特高性能的纳米晶硬质合金是要求高精度和高效率的电子工业、航空航天、高速切削等前沿领域紧迫需求的加工工具材料。对复相组织和微观缺陷强烈的敏感性及存在结构和性能突变的纳米尺度效应，使纳米晶硬质合金与粗晶和超细晶合金相比具有显著不同的性能变化特征及影响机制。.基于纳米晶组织稳定性控制和最近成功研制出致密、小晶粒尺寸纳米晶硬质合金的工作基础，本项目拟研究复相组织和微观缺陷影响纳米晶硬质合金性能的关系规律及作用机制。在制备出系列不同特点的纳米晶硬质合金的基础上，研究成分、组织结构和微观缺陷对硬度、韧性和强度的影响规律；建立包含微观缺陷的复相组织结构定量表征体系，阐明复相结构力学性能的纳米尺度效应；揭示纳米晶硬质合金的断裂机制。研究成果将为优化纳米晶硬质合金的组织结构和获得优异、稳定的力学性能提供关键科学依据，并可望为我国在硬质合金新的发展阶段占据国际技术领域的前沿提供自主创新源头。

本项目以复相组织和微观缺陷对纳米晶硬质合金性能的影响规律和作用机制为研究主线，已全面完成了计划书的预定任务和考核指标。发明了物相纯净、高致密度（>97.0%）、大范围内（6.0－15.0%）Co含量可调、多个晶粒尺寸级别（平均晶粒尺寸60－150nm）的纳米晶硬质合金块体材料的制备技术。以之制备的平均晶粒尺寸为60nm的致密纳米晶硬质合金是目前国际上报道的最小晶粒尺寸的烧结硬质合金材料。发现了纳米尺度下成分、组织、结构和微观缺陷等因素对纳米晶硬质合金力学性能的影响规律，提出了纳米晶硬质合金的断裂机制。揭示了纳米晶硬质合金中界面相WC1-x的形成机理、层错对界面结构的影响、相界区域取向关系和共格性对性能的作用机制。制备的系列纳米晶硬质合金块材的硬度HRA 93.0－94.0、断裂韧性12.0－15.0 MPa∙m1/2，达到同类硬质合金力学性能的国际前沿水平。基于本项目研究成果，获得教育部自然科学奖二等奖1项；发表了SCI收录论文30篇、EI收录论文31篇，其中影响因子IF 2.0 - 3.0的论文9篇、IF > 3.0的论文8篇；申报国家发明专利14项，已授权7项、公开7项；在本项目所属领域的国际国内学术会议上作邀请报告7次、担任分会主席5次；培养青年学术骨干2名，博士研究生3名、硕士研究生1名，发展形成了一支充满活力、具有扎实专业基础和较高技术水平的研究团队。