從硬質(zhì)合金典型材質(zhì)發(fā)展看中國硬質(zhì)合金工業(yè)的技術發(fā)展
作為世界鎢資源大國，目前中國的硬質(zhì)合金產(chǎn)量占世界硬質(zhì)合金總產(chǎn)量的約40%。然而，回顧世硬質(zhì)合金88年發(fā)展歷史，直到20世紀90年代末，中國硬質(zhì)合界硬質(zhì)合金88年發(fā)展歷史，直到20世紀90年代末，中國硬質(zhì)合金才有了自主知識產(chǎn)權、能載入世界硬質(zhì)合金歷史發(fā)展史冊的核心技術，這就是紫鎢制備技術。自此以后，中國硬質(zhì)合金工業(yè)取得了快的技術進步。紫鎢工藝（以紫鎢為原料制備后續(xù)制品的工藝）制備的超細、納米W粉與WC粉，紫鎢工的丁藝）制備的超細、納米W粉與WC粉，紫鎢工與WC – Co納米復合粉工藝制備的超細晶硬質(zhì)金，超粗晶硬質(zhì)合金以及原位激發(fā)自潤滑功能C – Co硬質(zhì)合金就是其中的典型代表。上述產(chǎn)品的開發(fā)均凝聚了擁有自主知識產(chǎn)權的核心技術。近年來，中國硬質(zhì)合金工業(yè)在硬質(zhì)合金精深加工制品的集成制造技術方面，尤其是在涂層硬質(zhì)合金刀具的集成制造技術方面取得了令人矚目的成績，本文僅從硬質(zhì)合金典型材質(zhì)與關鍵原料方面介紹近年來國硬質(zhì)合金工業(yè)的主要技術進展。
紫鎢工藝制備的超細、納米W粉與WC粉
中南大學趙秦生教授在20世紀80年代末期以講座形式向國內(nèi)同行傳遞了國外關于紫鎢的研究信息，中南大學陳紹衣教授于1994年發(fā)表了紫鎢工藝研究報道，由此引發(fā)了我國紫鎢工藝的研究熱潮。1997年，廈門金鷺特種合金有限公司成功地開了紫鎢工藝制備超細、納米W粉與WC粉的產(chǎn)業(yè)比技術，目前紫鎢工藝已成為中國超細、納米W粉WC粉生產(chǎn)的主流工藝。關于紫鎢工藝的特性，Liao等t3。Q在難熔金屬與硬質(zhì)合金國際雜志已作介。紫鎢工藝制備超細、納米W粉與WC粉生產(chǎn)的主流工藝。關于紫鎢工藝的特性，Liao等在難熔金屬與硬質(zhì)合金國際雜志已做介紹。紫鎢工藝制備超細、納米W粉與WC粉具有生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品質(zhì)量與質(zhì)量穩(wěn)定性可控度高等特點。采用紫鎢制備用APT煅燒設備，通過對APT煅燒工藝的調(diào)控可以實現(xiàn)對紫鎢相成分的有效控制。通過對APT制備工藝與APT煅燒工藝的調(diào)控可以現(xiàn)對紫鎢形貌、紫鎢纖維與紫鎢納米棒徑向尺寸的有效調(diào)控。由于氧指數(shù)與相成分不同，存在黃色、有雙調(diào)弳。出于氧指數(shù)與僩p真分個同，仔仕貝巴、鎢巾唯獨紫鎢具有上述獨特的形貌特征。氧化鎢的相成分對W粉的粒度與粒度分布影響較大，因此獲單一相成分的紫鎢是制備粒度均勻的超細、納米粉的前提條件。通過對紫鎢形貌、徑向尺寸以及丕原工藝的調(diào)控可以實現(xiàn)對W粉形貌與粒度特性有效調(diào)控。因紫鎢具有原位還原成等軸W晶粒的特征，與徑向尺寸分布相對較寬的纖維狀紫鎢相比，得粒度均勻的納米W粉，采用徑向尺寸變化較小的紫鎢納米棒為原料更具優(yōu)勢。因制備比表面積平均徑≤200 nm的WC粉的化溫度通常≤1 250℃，超細、納米W粉碳化過程碳化溫度通常≤1 250℃，超細、納米W粉碳化過程中WC晶粒生長比較容易控制，通過對W粉形貌、度特性的調(diào)控與碳化工藝的調(diào)控可以實現(xiàn)對WC形貌與粒度特性的有效調(diào)控。因超細、納米粉體通常具有高團聚狀特性，采用超細、納米W粉為原料制備超細、納米WC粉必須保證W+C混合料的均勻性，否則容易導致WC粉末中游離碳偏高、碳化不完全等質(zhì)量問題，嚴重影響超細硬質(zhì)合金中WC晶分布的均勻性、造成WC晶粒的異常長大。膠態(tài)碳包覆前軀體工藝閣可實現(xiàn)對W+C混合料均勻性的有效控制。
紫鎢工藝與WC –Co納米復合粉工藝制備的超細晶硬質(zhì)合金
在中國，制備合金晶粒度≤0.5“m的超細晶硬合金主要有2種工藝，即紫鎢工藝與WC – Co納復合粉工藝。廈門金鷺特種合金有限公司（簡稱金公司）與株洲硬質(zhì)合金集團有限公司（簡稱株硬公司）分另1l為這2種工藝的典型代表。2010年金鷺公司采用紫鎢工藝生產(chǎn)超細晶硬質(zhì)合金的產(chǎn)量高達200t0 20世紀90年代國內(nèi)外大量報道的納米復合粉工藝在國外至今尚未進入產(chǎn)業(yè)化階段。然而，株硬公司成功地開創(chuàng)了納米復合粉工藝批量生產(chǎn)超細晶硬質(zhì)合金的先河。紫鎢下藝在株硬公司也得到了較好的應用。采用納米紫鎢棒為原料可以制備粒度布窄的超細、納米WC粉末，采用這種WC粉末為細硬質(zhì)合金原料，燒結過程中合金中WC晶粒生抑制較易控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性較好。與納米復合工藝相比，紫鎢工藝生產(chǎn)成本較低。因WC粉末較易破碎，在濕磨過程中傳統(tǒng)WC+Co混合料較WC-CO復合粉對硬質(zhì)合金研磨球與球磨機筒體的磨損對較小，因此濕磨過程中傳統(tǒng)WC+Co混合料的臟化程度相對易于控制。表1與表2分別列出了中有色金屬工業(yè)粉末冶金產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢的金鷺公司GU25UF超細晶硬質(zhì)合金抗彎強度測結果與金鷺公司超細晶硬質(zhì)合金典型牌號物、力學與磁學性能檢測結果。可以看出，金鷺公司在超細晶硬質(zhì)合金的質(zhì)量控制方面已經(jīng)達到了很高技術水平。使用攪拌球機應該重視硬質(zhì)合金研磨球與WC、Co原料尺寸J匹配性問題。濕磨過程中研磨體的磨損不可避免，備超細硬質(zhì)合金混合料必須采用超細硬質(zhì)合金研磨體，以避免因研磨體的磨損帶來混合料的臟化。
超粗晶硬質(zhì)合金
與鉆含量相當?shù)钠渌Я６群辖鹣啾龋辖鹁Я６?/SPAN>≥5.0um的超粗晶硬質(zhì)合金具有較高的熱導、較高的斷裂韌性、較高的抗熱沖擊與抗熱疲勞性。其國際市場容量超過3 000 t。超粗晶硬質(zhì)合金g備的核心技術主要包括原材料制備技術、合金制技術與合金后處理技術。
采用傳統(tǒng)堿金屬摻雜工藝制備的超粗W粉與粗WC粉為原料，容易造成硬質(zhì)合金中WC晶粒結晶缺陷，嚴重影響合金的耐磨生與使用壽命。為了改善超粗晶硬質(zhì)合金中WC晶粒的結晶完整性，目前己開始采用高溫還原與超高溫碳化工藝制備具有較好結晶完整性的超粗晶硬質(zhì)合金原材料。文獻問報道了一種中國新研制的立式感應加熱超高溫連續(xù)碳化爐，這種全自動立式碳化爐的溫度可以達到2 600 0C，具有加熱帶長、溫度分布均勻等特點。由于舟皿不與石墨爐膛接觸，爐膛具有較高的使用壽命。新碳化爐的開發(fā)，促進了超粗晶WC粉末的質(zhì)量升級與粉末質(zhì)量穩(wěn)定性的改善。
由于濕磨時WC二次顆粒與一次顆粒極易破碎，采用傳統(tǒng)濕磨工藝，即使采用費氏粒度(FSSS)≥30ym的vvc原料也難以制備出合金晶粒度≥5um的優(yōu)質(zhì)超粗晶硬質(zhì)合金門。由于WC與Co密度相差較大，在重量不匹配度加大的情況下，超粗WC – Co合料中Co分布均勻性難以控制，容易導致合金中Co基固溶體粘結相（簡稱Co粘結相）分布的不勻性，嚴重影響了合金質(zhì)量的穩(wěn)定性。硬質(zhì)合金混合的成形性能隨混合料中粉末粒度的增大而變差，統(tǒng)壓制工藝條件下粗顆粒粉末壓坯強度較低，壓坯中容易出現(xiàn)粗大孔隙，這種孔隙在隨后的壓力燒結過程中也難以愈合。超粗晶硬質(zhì)合金Co粘結相的平均自由程較大，與傳統(tǒng)晶粒度的硬質(zhì)合金相比，Co粘結相的耐磨性會嚴重影響超粗合金的耐磨性與使用壽命，必須強化超粗晶硬質(zhì)合金中Co粘結相以及Co粘結相與WC硬質(zhì)相之的界面結合強度。燒結后處理強化是改善合金使用性能的有效手段。目前國產(chǎn)超粗晶硬質(zhì)合晶硬質(zhì)合金中wc晶粒形貌的SEM照片。目前國產(chǎn)超粗晶硬質(zhì)合的微觀組織結構控制水平與合金性能均已達到了國際先進水平。
4原位激發(fā)自潤滑功能WC – Co硬質(zhì)合金
研究結果表明I8-11]，在一定燒結條件下稀土在硬合金中的作用行為具有不穩(wěn)定性的特點。硬質(zhì)合金燒結用石墨舟皿以及燒結爐內(nèi)碳氈與石墨部件中均存在雜質(zhì)S。燒結爐內(nèi)氣氛中S的存在是導致燒結過程中合金中稀土向合余燒結體表面定向遷移的重要原因。抑制硬質(zhì)合金燒結過程中稀土移的方法已有專利報道。
這種表面膜的存在是合金刀片使用性能改善的主要原因。
實現(xiàn)稀土摻雜WC-Co合金服役過程牛中的原位敷化自潤滑功能，必須滿足兩個條件。首先，必須嚴控制燒結工藝條件，使稀土穩(wěn)定存在于合金內(nèi)部，防止燒結過程中稀土向合金燒結體表面定向遷移現(xiàn)象的發(fā)生。其次，合金服役工況必須滿足含S（如鑄鐵、煤礦、硫化礦等）環(huán)境，在服役過程中工具表面會產(chǎn)生明顯升溫。服役過程中S向合金工具表面遷移與合金刀片內(nèi)部稀土向外擴散，這種相對擴散的結果有利于在合金工具表面形成Ln202S薄膜（Ln：稀土）。原位激發(fā)自潤滑功能WC – Co硬質(zhì)合金的新之處在于，針對高溫、含S侵蝕性強的惡劣服役工新之處在于，針對高溫、含S侵蝕性強的惡劣服役工況，開發(fā)基于惡劣工況原位激化自潤滑、耐高溫潛能的產(chǎn)品，成功地將惡劣工況轉化為對激發(fā)產(chǎn)品性能自身改善潛能有利的工況。
5結 語
眾所周知，鎢是一種非常重要的戰(zhàn)略資源。2010年9月29日，德國Starck公司的Malcolm Greaves生在維也納召開的國際鎢協(xié)第23屆年會上介紹了鎢存歐洲的消耗情況。指出，以目前歐洲市場為例，72%的鎢用于硬質(zhì)合金的生產(chǎn)。因此，實現(xiàn)鎢資源的高效與高值化利用必須從推進硬質(zhì)合金行業(yè)的術進步入手。加大研發(fā)投入、加強應用基礎研究與行業(yè)關鍵共性技術研究，建立聯(lián)合攻關團隊進行精業(yè)深加工制品集成制造技術研究是推進硬質(zhì)合金行業(yè)技術進步的重要手段。
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