國(guó)內(nèi)高性能硬質(zhì)合金取得突破性進(jìn)展

　　中國(guó)的硬質(zhì)合金工業(yè)已有了60多年的發(fā)展歷史，已經(jīng)算得上是硬質(zhì)合金的大國(guó)。根據(jù)中國(guó)鎢業(yè)協(xié)會(huì)硬質(zhì)合金分會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，近三年(2012—2014)國(guó)內(nèi)硬質(zhì)合金的年產(chǎn)量為2.2—2.5萬(wàn)噸，占全球總產(chǎn)量的40%以上。而雖然硬質(zhì)合金的生產(chǎn)量和消費(fèi)量我國(guó)位居世界前列，但是就制造水平和技術(shù)水平而言，我國(guó)還相對(duì)落后，無(wú)法成為硬質(zhì)合金強(qiáng)國(guó)。針對(duì)我國(guó)硬質(zhì)合金工業(yè)發(fā)展所出現(xiàn)的瓶頸，國(guó)家開展了多個(gè)科研項(xiàng)目，建立了專門的硬質(zhì)合金研發(fā)團(tuán)隊(duì)，歷經(jīng)了十余年的基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)工作，研發(fā)出超細(xì)納米硬質(zhì)合金規(guī)?；圃煸O(shè)備與工程應(yīng)用系列新技術(shù)，并與過(guò)內(nèi)硬質(zhì)合金企業(yè)緊密合作開發(fā)出高附加值的硬質(zhì)合金材料和制品，向著高端應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展。

　　隨著現(xiàn)代制造業(yè)的迅速發(fā)展和各種新型難加工材料的問(wèn)世，對(duì)硬質(zhì)合金工模具產(chǎn)品的質(zhì)量和性能提出了越來(lái)越苛刻的要求。對(duì)WC基硬質(zhì)合金而言，與傳統(tǒng)的粗晶(通常指平均晶粒尺寸13微米)硬質(zhì)合金相比，超細(xì)晶(平均晶粒尺寸200—500納米)和納米晶(平均晶粒尺寸200納米以下)硬質(zhì)合金具有高硬度、高強(qiáng)度以及優(yōu)良的耐磨耐蝕性和斷裂強(qiáng)度，是高效率、高精度的鉆孔、切削、銑磨等高端加工技術(shù)領(lǐng)域不可或缺的重要材料。從上個(gè)世紀(jì)90年代后期到本世紀(jì)初，納米硬質(zhì)合金材料涌現(xiàn)出各種制備新方法。隨后幾年發(fā)展納米結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能的精細(xì)表征與對(duì)比分析，再到近年來(lái)超細(xì)納米硬質(zhì)合金規(guī)?；苽渑c工業(yè)應(yīng)用成為國(guó)際上高度重視、體現(xiàn)前沿競(jìng)爭(zhēng)力的研發(fā)焦點(diǎn)，這期間經(jīng)歷了納米硬質(zhì)合金眾多制備方法的更迭演變。常見的如溶膠-凝膠/共沉淀法、等離子體法等，它們主要還是限于實(shí)驗(yàn)室微量合成納米WC粉末;放電等離子燒結(jié)、超高壓固結(jié)等僅限于實(shí)驗(yàn)室制備形狀簡(jiǎn)單且三維尺寸小的納米多晶材料;噴霧轉(zhuǎn)化法可以批量合成納米 WC類粉末;低壓燒結(jié)可以實(shí)現(xiàn)高性能硬質(zhì)合金的規(guī)模化生產(chǎn)。然而，噴霧轉(zhuǎn)化法復(fù)雜的操作步驟、高的工藝成本、苛刻的控制精度，極大地限制了該技術(shù)在我國(guó)制備納米WC類粉末的推廣應(yīng)用;在低壓燒結(jié)硬質(zhì)合金方面，國(guó)產(chǎn)超細(xì)晶硬質(zhì)合金塊材/棒料的韌性、強(qiáng)度等性能指標(biāo)明顯低于國(guó)際上同成分的超細(xì)晶硬質(zhì)合金高端產(chǎn)品。

　　這次國(guó)內(nèi)的硬質(zhì)合金研發(fā)團(tuán)隊(duì)在新型高性能硬質(zhì)合金材料的研發(fā)與應(yīng)用方面所取得的一系列關(guān)鍵突破主要在于：

　　1.物相可控、粒徑可調(diào)的納米WC-Co類復(fù)合粉末規(guī)?；苽浼夹g(shù)：該技術(shù)以鎢鈷氧化物與碳為原料，利用固相原位反應(yīng)一步合成超細(xì)或納米WC- Co復(fù)合粉末。其具有操作簡(jiǎn)單、工藝流程短、設(shè)備成本低、節(jié)能環(huán)保等眾多優(yōu)勢(shì)。其合成的復(fù)合粉末純凈度較高，氧含量較低，Co含量在6-20wt%大范圍內(nèi)準(zhǔn)確可調(diào)，粒徑在超細(xì)(200—500nm)和納米(70—200nm)尺度多個(gè)尺寸級(jí)別準(zhǔn)確可控，達(dá)到了目前國(guó)際上關(guān)于超細(xì)、納米WC類粉末的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，而生產(chǎn)成本大幅度降低。

　　2.高流動(dòng)性、納米結(jié)構(gòu)WC基噴涂粉末的規(guī)?；苽浼夹g(shù)：該技術(shù)基于噴霧干燥原理并結(jié)合了熱處理造粒工藝，既保持了納米結(jié)構(gòu)特性又可以制備出具有高流動(dòng)性的熱噴涂粉料，從根本上解決了納米粉體在熱噴涂高溫焰流中容易發(fā)生分解脫碳的國(guó)際性技術(shù)難題。開發(fā)出的WC-Co、WC-Co-Cr等系列納米結(jié)構(gòu)熱噴涂粉料，球形度>95%，松裝密度4.0—5.0g/cm3，流速<18s/50g，相同成分條件下性能指標(biāo)超過(guò)美國(guó)、德國(guó)等一些國(guó)際名牌噴涂材料產(chǎn)品的性能。

　　3.高致密、高表面質(zhì)量的硬質(zhì)合金耐磨耐蝕涂層的制備技術(shù)：該技術(shù)可協(xié)同調(diào)節(jié)初始粉末成分、團(tuán)聚造粒和熱噴涂工藝，通過(guò)配碳量設(shè)計(jì)、獨(dú)特?zé)崽幚砉に?、粒度重組、熱噴涂工藝等參數(shù)的組合優(yōu)化，制備出高性能納米結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金涂層。涂層具有孔隙率<0.5%的高致密性;與常規(guī)微米結(jié)構(gòu)涂層相比，表面質(zhì)量有著顯著的提高，表面粗糙度Ra<0.5m;具有高的硬度、耐磨性、耐蝕性和優(yōu)良的強(qiáng)韌性配合。

　　4.超細(xì)尺寸納米晶硬質(zhì)合金塊材的制備技術(shù)：該技術(shù)開發(fā)出低溫區(qū)較慢升溫速率、較低壓力，高溫區(qū)分段快速加熱、較大壓力、不保溫的獨(dú)特場(chǎng)效應(yīng)燒結(jié)工藝，制備出平均晶粒尺寸為60-100nm、致密的納米晶硬質(zhì)合金塊體材料。其中平均晶粒尺寸為60nm的致密納米晶硬質(zhì)合金是迄今國(guó)際上報(bào)道的達(dá)到最小晶粒尺寸的硬質(zhì)合金燒結(jié)材料，其同時(shí)具有的高硬度和高斷裂韌性的性能指標(biāo)并達(dá)到納米晶硬質(zhì)合金燒結(jié)材料的國(guó)際前沿水平。