无粘结相WC基硬质合金具有较好的耐磨性,抗氧化性以及良好的抛光性,从而使其在精密模具领域有着重要的应用。然而,无粘结相WC基硬质合金在制备过程中也存在着诸多问题:例如无粘结相WC基硬质合金对含碳量的要求非常敏感,在烧结过程中会出现脱碳;由于没有粘结相,从而导致合金难以致密化。目前无粘结相WC基硬质合金的烧结多采用放电等离子、热等静压和真空热压等方式,但都存在设备昂贵,成本较高等问题。所以,本课题采用真空无压烧结制备工艺。通过向其中引入TaC,利用TaC与WC的固溶反应促进致密化,同时利用TaC提高高温抗氧化性能。本文主要研究内容和结论如下:1.本研究先采用真空无压烧结法制备了不同含碳量的无粘结相WC基硬质合金试样,含碳量分别为0.1%、0.2%、0.3%以及0.4%。采用X射线衍射仪（X-ray diffraction,XRD）对烧结后的合金试样进行表征,结果表明当含碳量为0.2%时,试样的主要物相是WC,并未出现缺碳相。采用扫描电子显微镜（Scanning electron microscope,SEM）对试样进行表征,结果表明当含碳量大于0.2%时,合金试样表面晶粒出现了异常长大的现象。当含碳量为0.2%时,表面孔洞最少。通过对试样进行金相组织以及物理力学性能分析,结果表明随着含碳量从0.1%增加到0.4%时,根据GB/T3489-2015硬质合金孔隙度和非化合碳的金相测定,合金试样的孔隙度分别为A08B08C00、A04B06C00、A06B06C00、A08B08C00;维氏硬度分别为1795.7 HV₃₀、1971.0 HV₃₀、1902.4 HV₃₀、1765.7 HV₃₀;密度分别为14.46 g/cm³、14.68 g/cm³、14.50 g/cm³、14.29 g/cm³。由于过量的碳添加会导致合金试样的物理力学性能降低。因此,可以得出,当含碳量为0.2%时,合金试样的物理力学性能最佳。2.在确定的0.2%含碳量基础上,研究了不同TaC含量的无粘结相WC基硬质合金烧结致密化机理及对合金物理力学性能的影响,TaC含量分别为0%、2.5%、5%、7.5%和10%。采用XRD对烧结后的合金试样进行表征,结果表明WC的晶格参数a和c都是增加的,其中晶格常数a从0.290963 nm增加到0.291838 nm;晶格常数c从0.284075 nm增加到0.284929 nm。采用SEM对试样进行表征,结果表明当TaC含量为2.5%时,试样的晶粒晶粒度最小,最小值为0.41μm。当TaC含量大于2.5%时,WC晶粒均出现不同程度的异常长大,其平均晶粒度从0.41μm增加到0.54μm。通过对试样进行金相组织以及物理力学性能分析,结果表明TaC含量从0%增加到10%时,根据GB/T3489-2015硬质合金孔隙度和非化合碳的金相测定,合金试样的孔隙度分别为A04B06C00、A02B02C00、A06B06C00、A04B04C00、A08B08C00;维氏硬度值分别为2132.8HV₃₀、2376.4 HV₃₀、2043.3 HV₃₀、2068.3 HV₃₀、1992.4 HV₃₀;断裂韧性分别为6.56 MPa·m^1/2、7.08 MPa·m^1/2、5.72 MPa·m^1/2、5.99 MPa·m^1/2、5.53 MPa·m^1/2;密度分别为14.92 g/cm³、15.07 g/cm³、14.94 g/cm³、14.97 g/cm³、14.90 g/cm³。无粘结相WC基硬质合金试样的硬度主要由其密度值确定,密度越大,其维氏硬度值也就越大。因此,可以得出,当TaC含量为2.5%时,合金试样的物理力学性能最佳。其中维氏硬度为2376.4 HV₃₀,断裂韧性为7.08 MPa·m^1/2,密度为15.07g/cm³。3.研究了WC-0.2%C-2.5%TaC无粘结相硬质合金的致密化过程。采用XRD对烧结后的合金试样进行表征,结果表明经过不同温度烧结后合金试样的主相均为WC。采用SEM对试样进行表征,结果表明:当烧结温度为1700℃时,合金试样未烧结致密,烧结后的试样存在较多的孔洞;当烧结温度为1750℃时,合金试样的孔洞逐步减少;当烧结温度为1800℃时,合金试样的晶粒尺寸开始不均匀的变大;当烧结温度为1850℃时,合金试样的孔洞最少。与其余三个烧结温度相比,烧结温度为1850℃时,合金组织更加致密。通过对试样的金相组织以及物理力学性能进行分析,结果表明当烧结温度从1700℃升高到1850℃时,根据GB/T3489-2015硬质合金孔隙度和非化合碳的金相测定,合金试样的孔隙度分别为A06B06C00、A04B06C00、A04B04C00、A02B02C00;维氏硬度分别为2091.2 HV₃₀、2119.7 HV₃₀、2200.4 HV₃₀、2376.4 HV₃₀。密度分别为14.55 g/cm³、14.78 g/cm³、14.94 g/cm³、15.07 g/cm³。随着烧结温度的不断提高,合金试样的孔隙不断减少、维氏硬度与相对密度值均不断升高。因此,当烧结温度为1850℃时,其相应的物理力学性能也最好。4.研究了以0.2%C含量和2.5%TaC含量合金试样的高温氧化行为。结果表明:当氧化温度从500℃增加到700℃时,合金试样的氧化增重量依次增加;采用XRD对合金试样进行表征,当氧化温度为500℃时,其主要物相还是WC;当氧化温度为600℃时,其主要物相为Ta₂O₅和WO₃;当氧化温度为700℃时,其主要物相为WO₃;可见,随着氧化温度的升高,合金试样的抗氧化性能依次减弱;当氧化时间从1 h增加到3 h时,合金试样的氧化增重量依次增加;采用XRD对合金试样进行表征,当氧化时间为1 h时,其主要物相为Ta₂O₅和WO₃;当氧化时间为2 h和3 h时,合金试样的主要物相均为WO₃;采用SEM对试样进行表征,氧化3 h的合金试样表面与氧化2 h的合金试样表面相比,其孔隙增多。因而,随着氧化时间的延长,合金试样的抗氧化性能依次减弱。