WC-6Co硬质合金具有良好的机械性能,但是受粘结相和晶粒大小的共同影响,合金并不能同时具备高硬度、高强度及高韧性。所以如何在保持其高硬度的同时提高强度和韧性是WC-6Co硬质合金当前研究的核心课题。尽管制备超细/粗晶硬质合金和掺杂晶粒长大抑制剂、稀土元素等改善了部分性能,但仍然存在工艺控制困难、性能提升不显著的技术问题。因此,基于各种添加剂对硬质合金的强化机制以及碳含量对合金组织性能的影响,本文选择碳材料作为添加剂,探究其作为增碳剂和增强相对WC-6Co硬质合金力学性能的影响,为低钴WC基硬质合金增强增韧提供新的思路。本文首先通过低压烧结制备了添加不同含量的多层石墨烯的WC-6Co硬质合金样品,然后从显微组织、致密化、导热性能、力学性能等几个方面进行表征分析。结果表明,石墨烯在Co相、WC/WC界面和WC/Co界面以增强相的形式存在,并使合金晶粒得到不同程度细化。同时添加石墨烯有利于合金致密化,且其显著提高了合金的导热系数。当石墨烯含量为0.05 wt.%时,石墨烯分布最均匀,晶粒细化效果最明显,致密化程度最高。石墨烯含量超过0.05 wt.%时,粉末开始出现团聚现象,合金的晶粒细化效果及致密化的提升受到一定的影响。随着石墨烯含量的增加,硬质合金硬度略有下降,横向断裂强度先增大后减小,断裂韧性获得不同程度的提高。当石墨烯含量为0.05 wt.%时,横向断裂强度达到2321.2 MPa,相比于基体提高35.3%;断裂韧性提高到13.1 MPa·m1/2,相比于基体提高31.0%。综合考虑,含0.05 wt.%石墨烯硬质合金具有相对优异的综合性能。除了石墨烯本身作为增强相外,致密化提高以及石墨烯诱导的细晶强化是致使合金获得强韧化的原因。然而鉴于多层石墨烯对硬质合金硬度的不利影响,本文接着通过胶体加工方法制备了GO/Al2O3复合颗粒,并将其添加到WC-6Co硬质合金中。由TEM观察到GO/Al2O3复合颗粒被包覆于WC晶粒内部并通过自身塑性变形与WC晶粒界面紧密结合。通过XRD及EDS检测得,GO/Al2O3复合颗粒固溶于Co相中引起Co相晶格畸变,当含量为0.05 wt.%时,Co相溶解了更多W原子,提高了固溶强化的增强效果。和石墨烯一样,GO/Al2O3复合颗粒有利于提高合金的晶粒细化和致密化,其程度和GO/Al2O3复合颗粒的分散状态有关。GO/Al2O3复合颗粒为0.05 wt.%时,GO/Al2O3复合颗粒的分散最均匀,合金晶粒细化最明显,致密化程度最高。WC-6Co硬质合金的硬度、强度和断裂韧性随着GO/Al2O3复合粒子的添加量的增多呈现出一致的先增大后减小的趋势,并且在GO/Al2O3复合粒子含量为0.05 wt.%时达到最优。其中硬度为2021 HV30,相比于基体提高3.0%;横向断裂强度为2480.4MPa,相比于基体提高121.3%;韧性为11.5 MPa·m1/2,相比于基体提高14.5%。除了合金致密化程度提高之外,GO/Al2O3复合颗粒诱导的强韧化机理包括晶粒细化,位错强化,固溶强化和弥散强化等。尽管合金的硬度、强度和韧性均得到了提高,但仍然无法避免GO/Al2O3复合粒子含量较多（>0.1 wt.%）时发生的粉末团聚现象。因此,最后本文在机械球磨的基础上采用了超声-冻干混粉工艺加以改进。通过对比机械球磨混粉发现,超声-冻干混粉工艺方法可以有效解决GO/Al2O3复合粒子的团聚问题以获得细小均匀的粉末颗粒。尤其是对于添加0.15 wt.%GO/Al2O3复合粒子的合金,通过超声-冻干混粉工艺后,复合粒子均匀分布在WC晶粒间使细化晶粒的效果较为显著,而且合金的相对密度较高,合金的强度提高至2723.6 MPa,相比于普通机械球磨的合金提高了约600 MPa,其硬度和韧性也有相应的提高。对于添加0.2 wt.%GO/Al2O3复合粒子的合金,尽管通过超声-冻干混粉工艺后团聚现象有所减轻,但依旧没有达到良好的分散效果。因此强度和硬度相比于机械球磨后的合金仅小幅度提高,而断裂韧性却降低。