國內高性能硬質合金取得突破性進展

　　中國的硬質合金工業(yè)已有了60多年的發(fā)展歷史，已經算得上是硬質合金的大國。根據中國鎢業(yè)協(xié)會硬質合金分會的統(tǒng)計數(shù)據，近三年(2012—2014)國內硬質合金的年產量為2.2—2.5萬噸，占全球總產量的40%以上。而雖然硬質合金的生產量和消費量我國位居世界前列，但是就制造水平和技術水平而言，我國還相對落后，無法成為硬質合金強國。針對我國硬質合金工業(yè)發(fā)展所出現(xiàn)的瓶頸，國家開展了多個科研項目，建立了專門的硬質合金研發(fā)團隊，歷經了十余年的基礎研究和技術開發(fā)工作，研發(fā)出超細納米硬質合金規(guī)模化制造設備與工程應用系列新技術，并與過內硬質合金企業(yè)緊密合作開發(fā)出高附加值的硬質合金材料和制品，向著高端應用領域發(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世，對硬質合金工模具產品的質量和性能提出了越來越苛刻的要求。對WC基硬質合金而言，與傳統(tǒng)的粗晶(通常指平均晶粒尺寸13微米)硬質合金相比，超細晶(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)硬質合金具有高硬度、高強度以及優(yōu)良的耐磨耐蝕性和斷裂強度，是高效率、高精度的鉆孔、切削、銑磨等高端加工技術領域不可或缺的重要材料。從上個世紀90年代后期到本世紀初，納米硬質合金材料涌現(xiàn)出各種制備新方法。隨后幾年發(fā)展納米結構、力學性能的精細表征與對比分析，再到近年來超細納米硬質合金規(guī)?；苽渑c工業(yè)應用成為國際上高度重視、體現(xiàn)前沿競爭力的研發(fā)焦點，這期間經歷了納米硬質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驗室微量合成納米WC粉末;放電等離子燒結、超高壓固結等僅限于實驗室制備形狀簡單且三維尺寸小的納米多晶材料;噴霧轉化法可以批量合成納米 WC類粉末;低壓燒結可以實現(xiàn)高性能硬質合金的規(guī)?；a。然而，噴霧轉化法復雜的操作步驟、高的工藝成本、苛刻的控制精度，極大地限制了該技術在我國制備納米WC類粉末的推廣應用;在低壓燒結硬質合金方面，國產超細晶硬質合金塊材/棒料的韌性、強度等性能指標明顯低于國際上同成分的超細晶硬質合金高端產品。

　　這次國內的硬質合金研發(fā)團隊在新型高性能硬質合金材料的研發(fā)與應用方面所取得的一系列關鍵突破主要在于：

　　1.物相可控、粒徑可調的納米WC-Co類復合粉末規(guī)模化制備技術：該技術以鎢鈷氧化物與碳為原料，利用固相原位反應一步合成超細或納米WC- Co復合粉末。其具有操作簡單、工藝流程短、設備成本低、節(jié)能環(huán)保等眾多優(yōu)勢。其合成的復合粉末純凈度較高，氧含量較低，Co含量在6-20wt%大范圍內準確可調，粒徑在超細(200—500nm)和納米(70—200nm)尺度多個尺寸級別準確可控，達到了目前國際上關于超細、納米WC類粉末的質量控制標準，而生產成本大幅度降低。

　　2.高流動性、納米結構WC基噴涂粉末的規(guī)?；苽浼夹g：該技術基于噴霧干燥原理并結合了熱處理造粒工藝，既保持了納米結構特性又可以制備出具有高流動性的熱噴涂粉料，從根本上解決了納米粉體在熱噴涂高溫焰流中容易發(fā)生分解脫碳的國際性技術難題。開發(fā)出的WC-Co、WC-Co-Cr等系列納米結構熱噴涂粉料，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超過美國、德國等一些國際名牌噴涂材料產品的性能。

　　3.高致密、高表面質量的硬質合金耐磨耐蝕涂層的制備技術：該技術可協(xié)同調節(jié)初始粉末成分、團聚造粒和熱噴涂工藝，通過配碳量設計、獨特熱處理工藝、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構硬質合金涂層。涂層具有孔隙率<0.5%的高致密性;與常規(guī)微米結構涂層相比，表面質量有著顯著的提高，表面粗糙度Ra<0.5m;具有高的硬度、耐磨性、耐蝕性和優(yōu)良的強韌性配合。

　　4.超細尺寸納米晶硬質合金塊材的制備技術：該技術開發(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、不保溫的獨特場效應燒結工藝，制備出平均晶粒尺寸為60-100nm、致密的納米晶硬質合金塊體材料。其中平均晶粒尺寸為60nm的致密納米晶硬質合金是迄今國際上報道的達到最小晶粒尺寸的硬質合金燒結材料，其同時具有的高硬度和高斷裂韌性的性能指標并達到納米晶硬質合金燒結材料的國際前沿水平。