碳化鎢(WC)基硬質(zhi)(zhi)合(he)(he)金具(ju)有高(gao)的(de)硬度(du)、較(jiao)小的(de)熱膨脹系數和優良的(de)耐(nai)磨及耐(nai)腐蝕性能，被廣泛(fan)用(yong)于采(cai)(cai)(cai)煤、采(cai)(cai)(cai)礦、石油勘探(tan)和金屬切(qie)削等領域。不同(tong)用(yong)途的(de)硬質(zhi)(zhi)合(he)(he)金采(cai)(cai)(cai)用(yong)不同(tong)粒(li)度(du)的(de)WC。硬質(zhi)(zhi)合(he)(he)金切(qie)削刀具(ju)精加工(gong)時采(cai)(cai)(cai)用(yong)超細(xi)(xi)、亞細(xi)(xi)或細(xi)(xi)顆(ke)粒(li)WC；重力切(qie)削和重型切(qie)削中、采(cai)(cai)(cai)用(yong)粗顆(ke)粒(li)WC；在礦山(shan)工(gong)具(ju)方面，如巖石硬度(du)高(gao)，沖擊負荷大(da)，需采(cai)(cai)(cai)用(yong)粗顆(ke)粒(li)WC；在耐(nai)沖擊工(gong)具(ju)方面，以采(cai)(cai)(cai)用(yong)中、粗顆(ke)粒(li)WC原料為主。由于粗WC晶(jing)粒(li)對裂紋有明顯的(de)偏轉和分叉(cha)作用(yong)，故能有效提(ti)高(gao)硬質(zhi)(zhi)合(he)(he)金的(de)韌性，因(yin)此，世(shi)界范圍內的(de)礦山(shan)工(gong)具(ju)均采(cai)(cai)(cai)用(yong)粗晶(jing)WC硬質(zhi)(zhi)合(he)(he)金。
制(zhi)(zhi)備(bei)WC硬質(zhi)合金的(de)傳統方(fang)法(fa)主要是粉末(mo)冶(ye)金技(ji)(ji)術(shu)，但該方(fang)法(fa)工(gong)序復(fu)雜，時(shi)間長，能(neng)耗高(gao)。近年(nian)來，一些(xie)研究集中于利(li)用(yong)高(gao)能(neng)束流的(de)快速(su)制(zhi)(zhi)造(zao)技(ji)(ji)術(shu)來制(zhi)(zhi)備(bei)WC增(zeng)強復(fu)合材料(liao)，如以(yi)(yi)WC-17%Co為原料(liao)粉末(mo)，采用(yong)等離子(zi)熔注技(ji)(ji)術(shu)在(zai)Q235低(di)碳鋼上(shang)制(zhi)(zhi)備(bei)了(le)WC增(zeng)強表面(mian)(mian)金屬基復(fu)合材料(liao)；以(yi)(yi)鑄造(zao)WC粉末(mo)作為增(zeng)強顆(ke)粒，采用(yong)激(ji)光熔注技(ji)(ji)術(shu)制(zhi)(zhi)備(bei)了(le)WC/Fe復(fu)合涂(tu)(tu)層；采用(yong)超音(yin)速(su)火焰(yan)噴涂(tu)(tu)工(gong)藝制(zhi)(zhi)備(bei)微米結構WC-10Co4Cr涂(tu)(tu)層等，但這些(xie)只能(neng)解決材料(liao)的(de)表面(mian)(mian)增(zeng)強問題，在(zai)塊體WC材料(liao)的(de)快速(su)制(zhi)(zhi)備(bei)方(fang)面(mian)(mian)還進展不大(da)。
最近，科研工作者以W和C粉(fen)末(mo)為原料(liao)，利用自(zi)耗電極(ji)直流電弧(hu)原位冶金技術制備(bei)粗晶WC塊體復合(he)材料(liao)，取得(de)了突(tu)破性的進(jin)展。他們將(jiang)(jiang)W粉(fen)和C粉(fen)按照(zhao)質量比93:7配成混(hun)合(he)粉(fen)末(mo)。自(zi)耗電極(ji)基材為1Cr18Ni9Ti不銹(xiu)鋼(gang)管。將(jiang)(jiang)混(hun)合(he)粉(fen)末(mo)與適量Na2SiO3.9H2O粘結劑混(hun)合(he)均勻，填充于不銹(xiu)鋼(gang)管內(nei)并壓實，低溫(wen)烘干。
實(shi)(shi)驗用直(zhi)流(liu)電(dian)(dian)(dian)弧原位冶(ye)金(jin)系統(tong)主要(yao)包括：大功率逆(ni)變直(zhi)流(liu)電(dian)(dian)(dian)源、自(zi)(zi)動(dong)升(sheng)(sheng)降(jiang)裝置(zhi)以(yi)及(ji)底部為石墨電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)的冶(ye)金(jin)坩堝。自(zi)(zi)耗電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)安(an)裝在自(zi)(zi)動(dong)升(sheng)(sheng)降(jiang)裝置(zhi)上，接電(dian)(dian)(dian)源負極(ji)(ji)，石墨接電(dian)(dian)(dian)源正(zheng)極(ji)(ji)。實(shi)(shi)驗時，自(zi)(zi)耗電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)勻速下降(jiang)與石墨電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)接觸引(yin)燃(ran)電(dian)(dian)(dian)弧，在直(zhi)流(liu)電(dian)(dian)(dian)弧作(zuo)用下自(zi)(zi)耗電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)不斷(duan)熔(rong)(rong)化(hua)，進入坩堝形成(cheng)熔(rong)(rong)池，W粉和C粉則在熔(rong)(rong)池中發(fa)生(sheng)擴(kuo)散反應。當(dang)自(zi)(zi)耗電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)熔(rong)(rong)化(hua)結束后，使其緩慢降(jiang)溫凝固，獲得(de)制品。
對(dui)所獲試樣微觀組(zu)織的(de)檢測表明(ming)(ming)，試樣整體(ti)致密，沒有明(ming)(ming)顯的(de)孔洞和(he)裂紋。該結果證明(ming)(ming)，大電流直流電弧能迅速熔(rong)化(hua)高熔(rong)點金(jin)(jin)屬(shu)，可以實現(xian)WC在熔(rong)凝過程中(zhong)的(de)原(yuan)位(wei)結晶長大，從而達到(dao)短(duan)流程快速制(zhi)備(bei)塊體(ti)材(cai)料(liao)的(de)目的(de)。相(xiang)分(fen)析表明(ming)(ming)，在直流電弧原(yuan)位(wei)冶金(jin)(jin)過程中(zhong)，W和(he)C元素(su)通過溶解進(jin)入(ru)熔(rong)池并發生擴散反應(ying)，在高溫條件下W2C更容易生成，隨(sui)著C原(yuan)子的(de)進(jin)一步擴散，W2C向WC轉變。
一般高能束表面(mian)冶(ye)(ye)(ye)金(jin)能提供更大(da)的(de)(de)過冷度，但降溫(wen)速率過快，WC最(zui)大(da)晶粒(li)尺寸通(tong)常僅(jin)為20μm；而直流(liu)電弧(hu)原位冶(ye)(ye)(ye)金(jin)冷卻(que)速度快，可提供較大(da)的(de)(de)過冷度，當達(da)到臨界值(zhi)時(shi)，WC晶粒(li)得(de)以迅速成核；與(yu)表面(mian)冶(ye)(ye)(ye)金(jin)在基材表面(mian)形成的(de)(de)熔池(chi)相比，直流(liu)電弧(hu)原位冶(ye)(ye)(ye)金(jin)熔池(chi)能保持較長的(de)(de)保溫(wen)時(shi)間，有(you)利于WC晶粒(li)的(de)(de)進一步長大(da)，因(yin)而形成了最(zui)大(da)尺寸約為100μm的(de)(de)粗晶WC。