一、引言

在先進材料科學的璀璨星空中，碳化鎢-鈷硬質合金(Tungsten Carbide-Cobalt，簡稱WC-Co)以其硬度、耐磨性和杰出的抗腐蝕性，在切削工具的鋒利邊緣、模具的堅固構造以及耐磨零件的堅實身軀中熠熠生輝。

金相分析，作為揭開材料微觀世界奧秘的鑰匙，對于碳化鎢-鈷硬質合金的性能評估與優化更是起著舉足輕重的作用。

本文將帶領初學者深入碳化鎢-鈷硬質合金的金相世界，詳盡闡述其研磨拋光的精細步驟及注意事項，讓每一位讀者都能成為這一領域的探索者。



二、碳化鎢-鈷硬質合金概覽

2.1 材質構成的秘密
碳化鎢-鈷硬質合金，顧名思義，是由堅韌不拔的碳化鎢（WC）顆粒與柔韌有度的鈷（Co）粘結劑交織而成。WC顆粒以其硬度和耐磨性，成為合金中的“堅硬之核"；而Co粘結劑則以其良好的韌性和可加工性，將WC顆粒緊密地連接在一起，形成了一座座堅不可摧的“微型堡壘"。這種組合，通過粉末冶金工藝，在高溫下熔融、成型，最終鑄就了碳化鎢-鈷硬質合金的非凡品質。

制備超細晶粒碳化鎢-鈷硬質合金的納米或超細粉末是影響合金性能的關鍵。粉末中各組分碳化鎢、鉆、碳與晶粒生長抑制劑等分散是否均勻、球磨和壓制過程是否污染粉末都大大影響著燒結試樣的性能。為了獲得高硬度、高強度、高耐腐蝕性的硬質合金，最常見的方法是在合金中加入添加劑。


大量研究表明,在碳化鎢-鈷硬質合金中添加過渡族金屬碳化物(如 VC、Cr3C2、TiC和 TaC等)是增強黏結相、提高合金綜合性能的有效途徑之一。有研究學者通過在合金中摻雜 VC、TiC等難熔金屬碳化物來強化Co黏結相,同時達到細化WC晶粒的效果。


2.2 金相分析的價值

金相分析，作為材料科學的“顯微鏡"，能夠深入探索材料的微觀組織、相組成及潛在缺陷，為材料性能的優化提供寶貴的科學依據。對于碳化鎢-鈷硬質合金而言，金相分析不僅能夠幫助我們揭示其晶粒的細膩程度、分布的均勻性，還能洞察其孔隙率的多少及相界面的狀態等關鍵信息，為合金性能的進一步提升奠定堅實的基礎。


三、金相研磨拋光的藝術之旅

3.1 精心籌備的起點

在踏上金相研磨拋光的藝術之旅前，需做好充分的準備工作。選擇合適的樣品尺寸和形狀，確保其表面平整無瑕疵。本次實驗采用的設備是標樂的EcoMet30 自動磨拋機，同時，由于硬質合金硬度很高，砂紙無法進行快速研磨，所以需要準備好一系列從粗到細的金剛石磨盤（如120目至1200目不等），柔軟的VerduTex拋光布和ChemoMet拋光布、高效的9微米和3微米金剛石拋光液、清潔的酒精以及便捷的吹風機和超聲波清洗機等工具與材料。這些“利器"將助我們一臂之力，順利完成接下來的每一步操作。

3.2 粗磨：奠定基礎的粗獷之美

首先，使用較粗糙的金剛石磨盤（如120目）對樣品進行初步打磨。這一過程如同匠人去除石材表面的粗糲部分，旨在去除樣品表面的大顆粒雜質和不平整部分。隨后，我們逐步換用更細的金剛石磨盤（如400目、800目），仿佛匠人細心雕琢玉石，直至樣品表面變得相對平滑。在打磨過程中，需保持磨盤的濕潤狀態，以減少熱量的積累和碎屑的殘留，確保樣品表面的平整度和光潔度。

3.3 精磨：追求細膩之韻

當樣品表面達到一定的平滑度后，便進入了精磨階段。此時使用細磨盤（如1200目）進行精細打磨，進一步去除表面的細微劃痕和不平整。在這一階段，我們的操作需更加細致入微，如同畫家在畫布上勾勒細膩的線條一般，力求將樣品表面打磨得如鏡面般光滑。

3.4 拋光：綻放光彩的華麗蛻變

經過精磨的樣品已初具光澤。此時需將樣品置于VerduTex拋光布上，涂抹金剛石拋光液，并啟動拋光機進行拋光。在拋光過程中，需保持適當的壓力和速度，避免過熱和劃傷樣品表面。最后將樣品置于ChemoMet拋光布上，噴涂MasterPrep氧化鋁拋光液進行最終拋光。隨著拋光機的旋轉和拋光液的潤滑作用，樣品表面逐漸綻放出耀眼的光彩，仿佛一顆璀璨的寶石在陽光下熠熠生輝。最終，可以得到了一個光亮如鏡、無明顯劃痕和缺陷的樣品表面。

3.5 清洗與干燥：守護成果的細致呵護

拋光完成后，需使用酒精等溶劑對樣品表面進行清洗，以去除殘留的拋光膏和雜質。清洗完畢后，使用吹風機將樣品吹干或用干凈的紙巾輕輕擦拭干凈。同時為了確保樣品表面的潔凈度和防止生銹等問題的發生，還可將樣品放入超聲波清洗機中進行深度清洗。


四、不容忽視的注意事項

4.1 工具與材料的選擇之道

在研磨拋光過程中，選擇合適的工具與材料至關重要。需根據樣品的材質、尺寸和形狀等因素綜合考慮選擇合適的自動磨拋機，金剛石磨盤以及拋光耗材。

經EcoMet30 自動磨拋機的研磨拋光，可獲得光亮如鏡、無明顯劃痕和缺陷的樣品表面；同時通過腐蝕，樣品的晶粒結構清晰可見。


END

添加第二相改性硬質合金是開發制備超細晶硬質合金的重要手段,在不同使用條件下需要添加不同種類的第二相。碳化物作為第二相摻雜是目前應用最多的第二相改性硬質合金添加劑,硬質合金中添加碳化物不僅可以使晶粒充分細化,控制 WC 晶粒的不均勻長大,而且 WC化學性質相似的碳化物可以增韌合金、強化晶粒。


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