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超细晶WC-Co硬质合金是高性能陶瓷/金属复合材料的典型代表，制作成刀具后广泛用于金属材料的高速车削、铣削和钻孔加工。在其与被加工材料的高速摩擦过程中，超细晶硬质合金的表面温度急剧上升（局部瞬时温度高达600℃～800℃），显著影响材料的使用性能。为了延长高温环境下超细晶硬质合金刀具的服役寿命，急需研究其高温条件下的磨损失效机制。Co黏结相和WC陶瓷相分别在约200℃和600℃开始氧化，因此，提高Co相的高温抗氧化能力是提高超细晶硬质合金抗氧化磨损性能的有效途径。
北京工业大学在提高硬质合金耐高温氧化磨损性能方面取得重要进展。研究人员发现，添加Ru元素对提高Co黏结相的高温抗氧化性有重要作用，同时也可显著抑制WC相的高温氧化。基于系列实验研究和计算模拟，研究人员提出了Ru元素增强超细晶硬质合金耐高温氧化磨损性能的关键机理。
研究发现，添加的Ru元素主要分布在Co黏结相内，提高了Co相的硬度和抗氧化性，从而提高了超细晶硬质合金在室温和高温下的耐磨性。结合高温氧化实验和第一性原理计算，揭示了Ru元素对提升Co黏结相抗氧化能力的作用机理。Ru元素在Co中的固溶有效阻碍了O的扩散，使含2wt.% Ru硬质合金的氧化激活能达到未添加Ru时的2.4倍。
600℃氧化后超细晶硬质合金试样的微观组织
研究还发现，含Ru硬质合金中Co氧化物形成速率降低，可减缓Co氧化物（CoO、Co3O4等）与WC相氧化产物（WO3）之间的反应，从而有效抑制WC相的氧化，降低其氧化速率。含Ru硬质合金氧化磨损区含有较少的低剪切阻力氧化物，使得氧化磨损区的开裂减少，从而保护了亚表层材料避免发生快速氧化。本研究为高温下抑制超细晶硬质合金等陶瓷/金属复合材料氧化与磨损之间的相互作用提供了新的思路和方法。
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