[上图]钴是硬质合金中用作粘结剂的主要材料。这个截图来自一个描述如何制作硬质合金工具的视频。信贷:山特维克可乐满, YouTube
当我想到金属钴的用途时，首先想到的是锂离子电池。钴在锂离子电池中通过补偿锂离子在循环过程中到达或离开时的电荷来稳定负极。
然而，钴在机械加工工业中作为硬质合金的粘结剂也得到了广泛的应用。硬质合金是一种金属基复合材料，因其具有较高的硬度、耐磨性和断裂强度而被广泛用作刀具材料。碳化钨-钴(WC-Co)硬质合金是硬质合金的主要类型之一，其中钴是碳化钨晶粒之间的胶结相。
喜欢它的用于锂离子电池然而，钴在硬质合金中的使用有一些缺陷．例如，许多工件材料在钴中的溶解度导致WC-Co对环坑磨损具有很高的敏感性，特别是在加工钢材时。此外，钴结合硬质合金的高温操作会导致由于粘结相软化引起的塑性变形而导致刀具失效。
这些缺点，加上钴的耐腐蚀性差、成本高和毒性大，激发了研究人员探索减少或消除钴结合剂的方法。
早期对替代粘结剂的研究主要涉及铁、镍和他们的合金．金属间化合物如钛铝化合物和氮化铝被认为是第二代替代粘合剂。
近年来，陶瓷相作为粘结剂开始引起人们的广泛关注。对几种碳化钨陶瓷结合剂的研究发现，与采用金属结合剂或金属间结合剂的硬质合金相比，碳化钨陶瓷结合剂具有更高的硬度、耐腐蚀/抗氧化性和高温性能。
随着纳米粉体技术的快速发展，科学家们也开始研究纳米陶瓷结合硬质合金，他们认为纳米颗粒可以改善硬质合金的致密化和性能。现在,一个最近的研究进一步研究了使用纳米陶瓷作为粘合剂的可行性。
最近这项研究的作者来自中国山东大学。在论文中，他们选择了纳米氧化铝(Al2O3.)，钇稳定的二氧化锆(ZrO2)，并以氧化镁(MgO)为粘结剂进行研究。
通过对热压烧结制备的纳米复合硬质合金的微观结构和力学分析，研究人员确定，这三种陶瓷粘合剂都导致了近完全致密化的硬质合金。此外，陶瓷结合硬质合金具有优异的综合力学性能
- WC-6Al2O3.:硬度23.5 GPa，抗弯强度1,173.6 MPa，断裂韧性8.13 MPa·m1／2
- WC-6ZrO2:硬度22.6 GPa，抗折强度129.7 MPa，断裂韧性9.35 MPa·m1／2
- WC-6MgO:硬度21.1 GPa，抗弯强度906.3 MPa，断裂韧性8.62 MPa·m1／2
进一步观察，研究人员确定陶瓷结合硬质合金采用裂纹挠度、裂纹桥接和裂纹分支的交错分布作为增韧机制。在氧化锆结合碳化钨的情况下，应力诱导转变增韧也显著提高了韧性。
基于这些结果，“这些陶瓷结合WC材料可能是高速加工工具的候选材料，”他们总结道。
这篇论文发表在合金与化合物杂志,是“纳米陶瓷取代钴在硬质合金中作为粘结剂相:可行吗?”(DOI: 10.1016 / j.jallcom.2021.162968)。