镍替代碳化钨硬质合金的碳化铬涂层：高温抗氧化性能的突破性提升

本文系统研究了WC-8Co、WC-4Co-3Ni和WC-5Ni三种硬质合金在700℃空气中的氧化行为，并通过熔盐热扩散法（TRD）成功制备了以Cr23C6和Cr7C3为主的碳化铬涂层。研究发现，镍部分替代钴可抑制CoWO4的优先形成，而涂层表面生成的致密Cr2O3层使氧化增重降低2-3个数量级，显著提升材料高温抗氧化性能。

　　

Highlight

1. 1.

   在WC基硬质合金中，黏结相中的钴会优先氧化，导致表面快速形成CoWO₄并加速氧化层增厚。用镍部分替代钴可抑制这一过程，即使黏结相总量减少仍保持相当的抗氧化能力。

2. 2.

   通过熔盐热反应扩散法可在硬质合金表面均匀沉积碳化铬涂层。仅在WC-Co基体950℃处理的样品边缘观察到局部覆盖不全现象，而WC-Ni基体在相同条件下涂层完整性更优。

Effects of Ni and Co on the oxidation of cemented carbides

如图2所示，尽管三种硬质合金成分不同，其氧化速率却相近。先前研究表明，当黏结相成分恒定时，WC基硬质合金的抗氧化性通常随黏结相含量增加而提升。但本研究中合金黏结相含量排序为YG8（WC-8Co）> MZ15（WC-4Co-3Ni）> ZLN7（WC-5Ni），其氧化动力学曲线却显示：镍替代显著改变了氧化机制——钴的优先氧化被抑制，使得低黏结相含量的WC-Ni合金仍保持与高钴合金相当的抗氧化性能。

Conclusions

1. 1.

   镍替代钴能有效调控硬质合金氧化路径，抑制CoWO₄的爆发式生长，为设计新型耐高温合金提供新思路。

2. 2.

   熔盐法制备的碳化铬涂层在WC-Ni基体上展现更优的均匀性，其生成的Cr₂O₃保护层如同"纳米级防弹衣"，将氧化增重压制到原水平的千分之一以下。