碳(tan)化鎢(WC)基硬(ying)質(zhi)合金(jin)(jin)具(ju)有高的(de)硬(ying)度、較小的(de)熱膨脹系數和優(you)良的(de)耐(nai)磨及耐(nai)腐蝕性能，被廣泛用(yong)(yong)于采(cai)煤、采(cai)礦、石油勘探和金(jin)(jin)屬切削等領域。不同用(yong)(yong)途的(de)硬(ying)質(zhi)合金(jin)(jin)采(cai)用(yong)(yong)不同粒(li)(li)度的(de)WC。硬(ying)質(zhi)合金(jin)(jin)切削刀具(ju)精(jing)加(jia)工(gong)時采(cai)用(yong)(yong)超細、亞細或細顆粒(li)(li)WC；重(zhong)力(li)切削和重(zhong)型(xing)切削中、采(cai)用(yong)(yong)粗顆粒(li)(li)WC；在礦山工(gong)具(ju)方面，如巖(yan)石硬(ying)度高，沖擊負荷(he)大，需采(cai)用(yong)(yong)粗顆粒(li)(li)WC；在耐(nai)沖擊工(gong)具(ju)方面，以采(cai)用(yong)(yong)中、粗顆粒(li)(li)WC原料(liao)為主。由于粗WC晶粒(li)(li)對裂紋(wen)有明顯的(de)偏轉和分叉作用(yong)(yong)，故能有效提高硬(ying)質(zhi)合金(jin)(jin)的(de)韌性，因此，世(shi)界范圍內的(de)礦山工(gong)具(ju)均采(cai)用(yong)(yong)粗晶WC硬(ying)質(zhi)合金(jin)(jin)。
制(zhi)(zhi)備(bei)(bei)WC硬質合(he)(he)金的(de)傳統方法主(zhu)要是粉末冶金技(ji)術，但(dan)該方法工(gong)序復雜，時間長，能耗高。近年來，一(yi)些研究集中于利用高能束流的(de)快速(su)(su)制(zhi)(zhi)造技(ji)術來制(zhi)(zhi)備(bei)(bei)WC增(zeng)強復合(he)(he)材(cai)料，如(ru)以WC-17%Co為原料粉末，采用等離(li)子熔注技(ji)術在Q235 低(di)碳鋼上制(zhi)(zhi)備(bei)(bei)了(le)WC增(zeng)強表面金屬基復合(he)(he)材(cai)料；以鑄(zhu)造WC粉末作為增(zeng)強顆粒(li)，采用激(ji)光熔注技(ji)術制(zhi)(zhi)備(bei)(bei)了(le)WC/Fe復合(he)(he)涂(tu)層(ceng)；采用超音速(su)(su)火(huo)焰(yan)噴涂(tu)工(gong)藝制(zhi)(zhi)備(bei)(bei)微(wei)米結(jie)構(gou)WC-10Co4Cr 涂(tu)層(ceng)等，但(dan)這些只(zhi)能解決材(cai)料的(de)表面增(zeng)強問題，在塊體WC材(cai)料的(de)快速(su)(su)制(zhi)(zhi)備(bei)(bei)方面還(huan)進展不大。
最近，科(ke)研工作者以W 和(he)C 粉(fen)末(mo)為(wei)原料(liao)，利用自耗電(dian)(dian)(dian)極(ji)直(zhi)流(liu)電(dian)(dian)(dian)弧(hu)(hu)原位冶(ye)(ye)金技術制備粗晶WC塊體復合(he)材料(liao)，取得了突(tu)破性的進展。他(ta)們將W 粉(fen)和(he)C 粉(fen)按照質量(liang)比93:7 配成(cheng)混(hun)(hun)合(he)粉(fen)末(mo)。自耗電(dian)(dian)(dian)極(ji)基(ji)材為(wei)1Cr18Ni9Ti 不銹鋼(gang)管(guan)。將混(hun)(hun)合(he)粉(fen)末(mo)與(yu)適量(liang)Na2SiO3·9H2O 粘(zhan)結(jie)劑(ji)混(hun)(hun)合(he)均勻，填(tian)充于不銹鋼(gang)管(guan)內并壓(ya)實(shi)，低溫(wen)烘干。實(shi)驗用直(zhi)流(liu)電(dian)(dian)(dian)弧(hu)(hu)原位冶(ye)(ye)金系統主(zhu)要(yao)包括：大功率逆(ni)變直(zhi)流(liu)電(dian)(dian)(dian)源、自動(dong)升降(jiang)裝置以及底部為(wei)石(shi)(shi)墨(mo)電(dian)(dian)(dian)極(ji)的冶(ye)(ye)金坩堝。自耗電(dian)(dian)(dian)極(ji)安裝在自動(dong)升降(jiang)裝置上，接電(dian)(dian)(dian)源負極(ji)，石(shi)(shi)墨(mo)接電(dian)(dian)(dian)源正(zheng)極(ji)。實(shi)驗時，自耗電(dian)(dian)(dian)極(ji)勻速下降(jiang)與(yu)石(shi)(shi)墨(mo)電(dian)(dian)(dian)極(ji)接觸引(yin)燃電(dian)(dian)(dian)弧(hu)(hu)，在直(zhi)流(liu)電(dian)(dian)(dian)弧(hu)(hu)作用下自耗電(dian)(dian)(dian)極(ji)不斷熔化，進入(ru)坩堝形(xing)成(cheng)熔池，W 粉(fen)和(he)C 粉(fen)則在熔池中發生擴散反應。當自耗電(dian)(dian)(dian)極(ji)熔化結(jie)束后，使其(qi)緩慢降(jiang)溫(wen)凝固，獲得制品。
對所獲試樣微(wei)觀(guan)組(zu)織(zhi)的(de)(de)檢測(ce)表(biao)明(ming)，試樣整體致(zhi)密(mi)，沒有明(ming)顯的(de)(de)孔洞和裂紋。該結果證明(ming)，大電(dian)流直(zhi)(zhi)流電(dian)弧能迅速(su)熔化(hua)高(gao)熔點金(jin)屬(shu)，可以實現WC在(zai)(zai)熔凝過(guo)程(cheng)中的(de)(de)原位(wei)結晶長大，從(cong)而達(da)到(dao)(dao)短流程(cheng)快(kuai)(kuai)速(su)制備塊體材料的(de)(de)目的(de)(de)。相分析表(biao)明(ming)，在(zai)(zai)直(zhi)(zhi)流電(dian)弧原位(wei)冶(ye)金(jin)過(guo)程(cheng)中，W 和C 元(yuan)素通(tong)過(guo)溶解進入(ru)熔池并發生擴(kuo)散反應(ying)，在(zai)(zai)高(gao)溫條件下W2C更容易(yi)生成(cheng)，隨著C 原子的(de)(de)進一(yi)步擴(kuo)散，W2C 向WC轉變。一(yi)般(ban)高(gao)能束(shu)表(biao)面冶(ye)金(jin)能提供(gong)更大的(de)(de)過(guo)冷(leng)度(du)，但降溫速(su)率過(guo)快(kuai)(kuai)，WC最大晶粒(li)尺寸(cun)通(tong)常僅為(wei)20 μm；而直(zhi)(zhi)流電(dian)弧原位(wei)冶(ye)金(jin)冷(leng)卻速(su)度(du)快(kuai)(kuai)，可提供(gong)較(jiao)大的(de)(de)過(guo)冷(leng)度(du)，當達(da)到(dao)(dao)臨界值時(shi)(shi)，WC晶粒(li)得以迅速(su)成(cheng)核；與表(biao)面冶(ye)金(jin)在(zai)(zai)基材表(biao)面形成(cheng)的(de)(de)熔池相比(bi)，直(zhi)(zhi)流電(dian)弧原位(wei)冶(ye)金(jin)熔池能保持較(jiao)長的(de)(de)保溫時(shi)(shi)間(jian)，有利于WC晶粒(li)的(de)(de)進一(yi)步長大，因而形成(cheng)了最大尺寸(cun)約為(wei)100 μm 的(de)(de)粗晶WC。