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国内高性能硬质合金取得突破性进展

我国的硬质合金工业已有了60多年的发展历史，已经算得上是硬质合金的大

国。根据我国钨业协会硬质合金分会的统计数据，近三年（2012—2014）国内硬质合

金的年产量为2.2—2.5万吨，占全球总产量40%以上。而虽然硬质合金的生产量和

消费量我国位居世界前列，但是就制造水平和技术水平而言，我国还相对落后，无法

成为硬质合金强国。针对我国硬质合金工业发展所出现的瓶颈，国家开展了多个科研

项目，建立了专门的硬质合金研发团队，历经了十余年的基础研究和技术开发工作，

研发出超细纳米硬质合金规模化制造设备与工程应用系列新技术，并与过内硬质合金

企业紧密合作开发出高附加值的硬质合金材料和制品，向着高端应用领域发展。

 随着现代制造业的迅速发展和各种新型难加工材料的问世，对硬质合金工模具

产品的质量和性能提出了越来越苛刻的要求。对WC基硬质合金而言，与传统的粗晶

（通常指平均晶粒尺寸13微米）硬质合金相比，超细晶（平均晶粒尺寸200—500纳

米）和纳米晶（平均晶粒尺寸200纳米以下）硬质合金具有高硬度、高强度以及优良

的耐磨耐蚀性和断裂强度，是高效率、高精度的钻孔、切削、铣磨等高端加工技术领

域不可或缺的重要材料。从上个世纪90年代后期到本世纪初，纳米硬质合金材料涌现

出各种制备新方法。随后几年发展纳米结构、力学性能的精细表征与对比分析，再到

近年来超细纳米硬质合金规模化制备与工业应用成为国际上高度重视、体现前沿竞争

力的研发焦点，这期间经历了纳米硬质合金众多制备方法的更迭演变。常见的如溶胶-

凝胶/共沉淀法、等离子体法等，它们主要还是限于实验室微量合成纳米WC粉末；放

电等离子烧结、超高压固结等仅限于实验室制备形状简单且三维尺寸小的纳米多晶材

料；喷雾转化法可以批量合成纳米WC类粉末；低压烧结可以实现高性能硬质合金

规模化生产。然而，喷雾转化法复杂的操作步骤、高的工艺成本、苛刻的控制精度，

极大地限制了该技术在我国制备纳米WC类粉末的推广应用；在低压烧结硬质合金方

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面，国产超细晶硬质合金块材/棒料的韧性、强度等性能指标明显低于国际上同成分

超细晶硬质合金高端产品。

 这次国内的硬质合金研发团队在新型高性能硬质合金材料的研发与应用方面所

取得的一系列关键突破主要在于：

 1.物相可控、粒径可调的纳米WC-Co类复合粉末规模化制备技术：该技术以钨

钴氧化物与碳为原料，利用固相原位反应一步合成超细或纳米WC-Co复合粉末。其具

有操作简单、工艺流程短、设备成本低、节能环保等众多优势。其合成的复合粉末纯

净度较高，氧含量较低，Co含量在6-20wt%大范围内准确可调，粒径在超细（200—

500nm）和纳米（70—200nm）尺度多个尺寸级别准确可控，达到了目前国际上关于超

细、纳米WC类粉末的质量控制标准，而生产成本大幅度降低。

 2.高流动性、纳米结构WC基喷涂粉末的规模化制备技术：该技术基于喷雾干

燥原理并结合了热处理造粒工艺，既保持了纳米结构特性又可以制备出具有高流动性

的热喷涂粉料，从根本上解决了纳米粉体在热喷涂高温焰流中容易发生分解脱碳的国

际性技术难题。开发出WC-Co、WC-Co-Cr等系列纳米结构热喷涂粉料，球形度

95%，松装密度4.0—5.0g/cm3，流速小于18s/50g，相同成分条件下性能指标超过美

国、德国等一些国际名牌喷涂材料产品的性能。

 3.高致密、高表面质量的硬质合金耐磨耐蚀涂层的制备技术：该技术可协同调节

初始粉末成分、团聚造粒和热喷涂工艺，通过配碳量设计、独特热处理工艺、粒度重

组、热喷涂工艺等参数的组合优化，制备出高性能纳米结构硬质合金涂层。涂层具有

孔隙率小于0.5%的高致密性；与常规微米结构涂层相比，表面质量有着显着的提高，

表面粗糙度Ra小于0.5m；具有高的硬度、耐磨性、耐蚀性和优良的强韧性配合。

 4.超细尺寸纳米晶硬质合金块材的制备技术：该技术开发出低温区较慢升温速

率、较低压力，高温区分段快速加热、较大压力、不保