赋予硬质合金制品优异的综合性能和使用性能，    梯度结构硬质合金利用成分或组织梯度达到性能梯度变化。解决硬质合金制品耐磨性与韧性难以同时兼顾这对矛盾的有效途径

之一。众多研究结果均已表明，与保守均质硬质合金相比，梯度结构硬质合金无论是作为制品直接工程应用，还是用作超硬涂层(如CVD金刚石涂层、类金刚石碳涂层、TiN基涂层等

)基体材料，都具有显柱的技术特色和广泛的应用前景。

指其组成、结构在断面的不同部位出现有规律差别的一种合金。梯度结构硬质合金恰好利用其特殊的结构或成分梯度变化，所谓梯度组织或梯度结构合金。对不同的部位赋予不同

的性能，使整体制品获得优异的综合机械性能。梯度结构硬质合金的研究工作始于2O世纪7O年代末，其工业应用是2O世纪8O年代末。国内外梯度结构硬质合金的制取方法多以保守

工艺作为基础，成形或烧结等工序环节采取一些特殊的工艺措施，以获得特殊的梯度变化，其中包括：粘结相成分或含量梯度变化、硬质相晶粒尺寸大小或邻接度梯度变化等。最

常用的方法主要包括：复合硬质合金法、粉末分层压制法、金属熔体浸渍法、缺碳硬质合金渗碳处理法等。

1国外梯度结构硬质合金的研究与应用

可克服保守硬质合金耐磨性和韧性不能同时兼顾的缺点。因此，    一般认为心部韧性好、外表硬度高的梯度结构硬质合金制品。提高硬质合金制品外表硬度、同时坚持甚至提高

心部韧性的研发方面，国外已做了大量的开拓性工作。其中，最引人注目的瑞典山特维克(Sandvik公司率先采用低成本的缺碳硬质合金渗碳技术开发出中心区域富钴的

DPDualProperti合金，该技术已于1985年1O月申请了美国专利，并于1988年3月被正式授权。DP合金技术主要包括两个方面，首先制得含均匀细小且体积分数可控的脱碳相的WC+λ+

η(coxwyc三相非正常组织合金，然后对此合金进行渗碳处理，并对合金内各梯度层的厚度进行有效控制。实质是制取含有均匀分布的缺碳η相硬质合金的基础上，通过渗碳处置来

改变合金中粘结相的分布，赋予合金不同部位以不同的性能。经渗碳处置后制品表层的相被xx，co向中心部位迁移，使表层co含量偏低而心部仍有相存在且co含量高。这种钴含

量梯度分布的硬质合金表层硬度高，耐磨性好，心部具有良好的冲击韧性，合金的耐磨性和韧性得到很好的协调，使用效果较保守制品有显著提高。

分别为DP55DP60和DP65其耐磨性与韧性均比保守合金明显提高，    Sandvik公司属下的采矿与工程工具公司在2O世纪80年代末已开发出3个DP球齿合金商品牌号。工作寿命更是比

保守硬质合金提高3倍。例如，石灰石隧道钻孔中，采用带DP55圆锥形球齿的45mm冲击钻头，其钻进速度达1．96mmin平均寿命达3121m而原有硬质合金球齿钻头的钻进速度和平均寿

命则分别为1．48mmin和1000m采用DP60较重负荷球齿钻头在石英矿岩上凿孔时其平均寿命为83m而原有硬质合金球齿钻头的寿命只有53mDP产品以其优异性能，于1986年小规模投放

市场6年之后，占硬质合金柱齿总产量的30％～40％。

因此，    由于Sandvik公司的DP合金属于专利技术。国外尚无与DP合金直接相关的基础研究工作详实报道，对其强化机制只是简单地用合金内部应力分布状态的定性分析进行了解

释。尽管如此，该合金所采用的缺碳硬质合金渗碳技术，解决了硬质合金制品耐磨性与韧性难以同时兼顾的矛盾，使合金的使用寿命得到显著提高，且具有工艺灵活、简便的特点

，适合工业化生产；利用简单的烧结和热处理方法，单一牌号均质硬质合金中制取粘结相可控变化并呈梯度分布的梯度结构合金，硬质合金烧结体内不同部位获得明显不同的耐磨

性和韧性。

国外的研究大多利用烧结、热处置工艺对硬质合金制品进行梯度化处理。其中通过对TiCN基金属陶瓷的氮含量进行控制的处置方法是目前研究中比较热门的研究领域。    最近。

以进一步提高硬质合金外表的耐磨性。采用成分系列为TiCN．TiN．WC．Co+碳黑，    Zackrisson等对硬质合金外表开展了氮化处理技术的研究。先将其在1430℃下烧结90rain然

后在0．1MPa氮气炉中，于12000c下保温20h对试样用电子探针(EPMA进行成分分析发现，经氮化处理后的资料外表富Ti和N贫w和C从距表面大约40肚m处一直到心部，其w含量都比未

经氮化处理的资料高一些；距表面1540ptm范围内，其co含量比材料的平均co含量高。同时，资料外表形成细小的WC相和T相，晶粒尺寸约150nm对SS2541钢进行切削试验，氮化处理

后的硬质合金刀片，其后刀面磨损量(VB随时间的变化速率比PVD涂层硬质合金刀片(分类代号P15要低很多。可见氮化处理后的硬质合金刀片的耐磨性和耐用度较PVD涂层刀片有显著

的提高。

先将TiCNWCCoNi粉末混合球磨24h98MPa压力下将球磨粉料压制成10mm10mm5mm试块，    日本森口秀树等。1400oC下进行真空烧结，再在氮气中保温1h后，合适的速度下冷却，制成

具有co含量梯度分布的梯度结构硬质合金。处置后的资料co含量由表至里递增，并在表层生成数十微米的TiCN层。资料的外表层几乎不含co{zg}硬度可达2．2GPa与此同时，合适的

冷却速度，使表面引入0．5GPa以上的剩余压应力，大幅度提高了合金刀具切削时的抗热裂性能。对日本钢号为SCr420Hs45CcCM420SCr420齿轮和活塞杆分别进行了切削对比试验，

结果标明研制的梯度结构硬质合金刀具的切削寿命是普通TiCN金属陶瓷刀具的2-4倍。

用梯度烧结的方法制备WCTiCN一Co硬质合金资料。烧结后，    东京大学Suzuki等在脱氮气氛下。硬质合金外表的TiCN消失，局部粘结相从心部转移到外表，形成富粘结相层。通

过硬质合金外表的脱氮处理，外表形成粘结相富集，同时xx立方结构碳氮化物的梯度过渡层，可提高硬质合金外表的韧性和延展性能。

指出硬质合金外表梯度区域的形成，    德国马普学会Schwarzkopf等n引在Suzuki等的研究结果基础上。N原子向块体外部扩散以及1ri原子向块体心部扩散的热力学耦合结果)同时

，Schwarzkopf等建立了一个计算机模型来预测和描叙烧结过程中几个重要变量的影响。指出外表梯度区域形成的深度与烧结时间t开方以及基体的co含量成正比符合扩散规律。

x=kt1其中，为梯度层厚度，t为烧结时间，k为常数，其数值与基体中的co含量成正比。