无粘结相硬质合金耐腐蚀、耐高温氧化、力学性能好,是一种高性能工具材料,可用于制备精密度高或作业环境恶劣的零件,应用前景可观。然而无粘结相硬质合金在烧结过程中常出现晶粒异常长大、含脆性缺碳相W2C及难以致密等问题。本实验以无粘结相硬质合金为研究对象,通过控制碳和NbC添加量以期获得晶粒细小,物理性能及抗高温氧化性能良好的硬质合金材料,具体研究内容及结果如下:1.确定无粘结相WC硬质合金的最佳添碳量。在WC粉末中分别加入0.1%C、0.2%C、0.3%C、0.4%C,采用真空无压烧结方式制备合金。利用X射线衍射仪（X-ray diffraction,XRD）对硬质合金进行物相表征,结果表明添加0.1%C的硬质合金内存在少量W2C相,当碳添加量大于0.1%后,缺碳相消失,图谱中只纯在WC相。经金相显微镜和扫描电子显微镜（Scanning electron microscope,SEM）表征发现,碳添加量为0.2%的合金组织致密性好,当碳添加量大于或小于0.2%,硬质合金孔隙数量、异常长大晶粒数量均增多。测试硬质合金物理性能后发现,添加0.2%C的硬质合金力学性能最好,其维氏硬度、断裂韧性、致密度分别为:2133.6 HV1,6.58 MPa.m1/2、97.18%。2.研究NbC添加量对无粘结相WC基硬质合金的影响及抗氧化性能。在WC-0.2%C基体原料中分别加入0%NbC、1%NbC、2%NbC、3%NbC、4%NbC,经真空无压烧结成硬质合金。XRD表征结果表明,合金主晶相皆为WC,当NbC添加量大于1%后,XRD图谱中存在少量NbC相。SEM及金相显微镜表征发现,添加2%NbC的硬质合金无异常长大晶粒,平均晶粒尺寸约为1μm,烧结致密性好。物理性能测试结果表明,添加2%NbC的硬质合金致密度达97.35%,维氏硬度达2244.7 HV1,断裂韧性达7.28 MPa.m1/2。将上述硬质合金在550-700下氧化4 h。对样品进行增重、氧化层厚度分析,结果表明,随着温度的升高,样品质量和氧化层厚度都不断增大。XRD图谱表明,氧化温度为600时,未添加NbC的硬质合金氧化产物主要为WO3,添加NbC后氧化产物存在WO3相及少量NbxWyO3相。SEM结果表明,在600时添加2%NbC的硬质合金表面缺陷最少。3.研究无粘结相WC-2%NbC硬质合金在不同温度下的氧化情况。将WC-2%NbC合金置于550、600、650、700下静态氧化4 h。XRD结果表明氧化产物主要为WO3和NbxWyO3。SEM表征发现,随着氧化温度升高,合金孔隙缺陷增加,在550-600下,氧化物表面为泡状组织;在650-700间,氧化物表面组织呈颗粒状。随氧化温度升高,合金质量和氧化层厚度增加。在550、600、650、700下,WC-2%NbC合金增重分别为:2.2 mg/cm~2、3.1 mg/cm~2、14.8 mg/cm~2、21.8 mg/cm~2;氧化层厚度分别为:25μm、56μm、323μm、449μm。经氧化动力学分析,不同温度下,合金氧化速率k分别为0.566（550）、0.789（600）、4.749（650）、5.504（700）。其在550-700下的活化能为111.3±23.3k J/mol,活化能无明显变化,合金氧化速率受气体扩散机制主导。