grinm超细和纳米晶wc-co硬质合金的研究开发

科技成果——耐磨耐蚀、高强韧的超细和纳米WC基硬质合金的规模化制备与应用技术开发单位北京工业大学适用范围航空航天、石油钻探、热电能源、炼钢轧钢、精密加工制造等应用情况为突破高附加值WC基硬质合金的关键制备技术、提升硬质合金材料在我国高端工业领域的应用技术水平，本项目针对新型高性能超细、纳米WC基硬质合金材料的工业规模化制备与重大工程应用技术开展研究，在物相可控、粒径可调的纳米WC基复合粉末、纳米结构喷涂材料、耐磨耐蚀硬质合金涂层、高强韧硬质合金烧结块材/棒料等方面，首次建立的低温固相原位合成超细、纳米WC-Co类复合粉末的规模化制备技术，其反应温度较常规碳化温度降低400-600度，生产周期较传统工艺缩短30%-50%，批量生产的复合粉具有物相纯净、粒径可调控、碳含量控制准确等突出优势；创制出兼具纳米结构和高流动性的WC基喷涂材料的规模化制备技术，从根本上解决了困扰多年的纳米粉末作为初始材料在热喷涂中发生严重分解脱碳的国际技术难题，采用本技术生产的喷涂材料达到或超过美国Praxair、Inframat 等国际知名产品的性能指标；研制出具有高硬度、强耐磨耐蚀性、高表面质量的硬质合金防护涂层，具有孔隙率＜0.5%的高致密性，结合强度＞80MPa，平均硬度＞1350HV0.3，断裂韧性＞7.0MPa.m1/2；开发了高强韧超细晶硬质合金烧结块材/棒料的规模化制备技术，突破了随WC晶粒尺寸减小硬度和韧性反向变化的技术瓶颈，在超细晶硬质合金保持高硬度的前提下，获得了高韧性和国际领先水平的超高断裂强度（以WC-12Co工业产品为例，横向断裂强度平均值达到5230MPa，超过国际上公布的同成分合金横向断裂强度的最高值5100MPa）；建立了引入纳米尺度效应的固相原位反应热力学理论模型，提出了利用纳米晶粒内层错改变原子排布状态和优化界面原子错配度，可调控穿晶/沿晶断裂机制，从而有效提高纳米晶硬质合金的韧性和强度，支撑了关键技术发明。

2010年8月Aug.2010第27卷第4期Vol.27No.4硬质合金CEMENTED CARBIDE!!!!"!"!!!!"!"综合评述超细WC-Co 硬质合金复合粉末的研究进展覃群王天国1张云宋2（1.湖北汽车工业学院材料工程系，湖北十堰442002；2.武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室，湖北武汉430070)摘要超细硬质合金因其高强度、高硬度、高耐磨性等优良性能满足了现代工业的发展，而制备超细WC-Co 硬质合金关键技术之一在于原料粉末的制备。

近年来，研究人员开发了多种超细WC-Co 复合粉末的制备技术，有利于制备出具有超细结构的WC-Co 合金材料。

本文介绍、归纳了目前国内外直接还原碳化法、化学沉淀法、机械合金化法、喷雾转化法的制备超细WC-Co 复合粉末工艺及研究成果，其中喷雾干燥法和直接还原碳化法已在硬质合金行业中实现部分产业化，具有诱人的应用前景。

关键词超细WC-Co 复合粉末；硬质合金；研究进展The research progress of ultrafine WC-Co composites powderQin Qun 1Wang Tianguo 1Zhang Yunsong 2(1.Hubei University of Automotive Technology,Shiyan Hubei 442002,China ；2.State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis &Processing,Wuhan University of Technology,Wuhan Hubei 430070,China)ABSTRACTBecause of high strength,high rigidity and high wear resistance,the ultrafine WC-Co can satisfy the progress ofmodern industry.The one of key techniques in preparing ultrafine WC-Co cemented carbide is powder synthesis.Recently,kinds of preparative technique for ultrafine WC-Co composites powder have been developed by researchers.Technology progress and research achievements in preparing WC-Co composites powders were reviewed comprehensively in this paper.The methods of spraying drying and in situ reduction and carbonization reaction had realized industrialization and possessed development prospects.KEY WORDS ultrafine WC-Co composites powder ；cemented carbide ；research progress基金项目：湖北省教育厅科学技术研究计划指导性项目（B20102006）.作者简介：覃群（1981-），女，硕士，助教，研究方向：金属陶瓷复合材料doi ：10.3969/j.issn.1003-7292.2010.05.011硬质合金是以一种或多种难熔金属的碳化物（如WC 、TiC 等)为基体，以过渡族金属(通常是Fe 、Co 、Ni 等)为粘结剂，采用粉末冶金方法制备成的多相复合材料。

超细、纳米晶硬质合金的原料制备研究钟毓斌;孙娟;涂洁;郝立伟【摘要】With the rapid development of electronic information industry and auto manufacturing, there has been a rising demand for ultrafine cemented carbide nanocrystals. The key technology of ultrafine cemented carbide nanocrystals with excellent performance is how to prepare the raw materials and optimize the alloy sintering technology. Theultrafine/superfine yellow tungsten oxide we produced has a narrow particle size distribution, which can be used as raw material of ultrafine cemented carbide nanocrystals. By comparing the performance of ultrafine cemented carbide nanocrystals, we conclude that fine particle size distribution of yellow tungsten oxide is suitable for the preparation of ultrafine cemented carbide nanocrystals.%随着电子工业及汽车行业飞速发展，超细、纳米晶硬质合金需求量逐年上升。

生产超细、纳米晶硬质合金的关键在于如何制备出性能优良的原料粉末和先进的合金烧结技术。

纳米晶ＷＣ－Ｃｏ硬质合金的研究现状／张武装等７９纳米晶ＷＣ—Ｃｏ硬质合金的研究现状“张武装，刘咏，黄伯云（中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙４１００８３）摘要概述了国内外纳米晶硬质合金的发展现状。

纳米晶ＷＣ－ＣＯ硬质合金制备的关键技术主要包括：优质纳米晶ＷＣ粉的制备和烧结过程中ＷＣ晶粒长大的控制。

综述了优质纳米晶ＷＣ粉的特点和制备技术，以及目前国内外烧结过程中控制晶粒长大采取的主要措施：添加晶粒长大抑制剂、调整烧结工艺和开发新型烧结方法。

列举了合金的实际应用领域，展望了纳米晶硬质合金的发展前景。

关键词纳米晶ＷＣ硬质合金烧结中图分类号：ＴＦｌ２５．３文献标识码：ＡＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＮａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＷＣ＿ＣｏＣｅｍｅｎｔｅｄＣａｒｂｉｄｅＺＨＡＮＧＷｕｚｈｕａｎｇ，ＬＩＵＹｏｎｇ，ＨＵＡＮＧＢａｉｙｕｎ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＰｏｗｅｒＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ，ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００８３）ＡｂｓｔｒａｃｔＮｅｗｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｃｅｍｅｎｔｅｄｃａｒｂｉｄｅｂｏｔｈａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．ＴｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｃｅｍｅｎｔｅｄｃａｒｂｉｄｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｍａｉｎｌｙｉｎｃｌｕｄｅｔｈｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｑｕａｌｉｔｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＷＣｐｏｗｄｅｒａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｏｆｔｈｅＷＣｇｒｏｗｉｎｇｉｎｔｈｅｓｉｎｔｅｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅｆｅａｔｕｒｅａｎｄｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈ—ｎｉｑｕｅｏｆｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ王ｉｎｅＷＣｐｏｗｄｅｒａｎｄｔｈｅｍａｉｎｍｅａｓｕｒｅｓｏｆｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇＷＣｇｒｏｗｉｎｇｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｓｏｆｔｈｅｎａｎｏｃｒｖｓｔａｌｌｉｎｅｃｅｍｅｎｔｅｄｃａｒｂｉｄｅａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ，ＷＣ，ｃｅｍｅｎｔｅｄｃａｒｂｉｄｅ，ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ０前言ＷＣ硬质合金传统的制备方法是通过Ｗ粉与Ｃ粉在１４００～１６００℃固相反应生成ＷＣ，然后将Ｃｏ粉混合球磨，冷压成型，最后在１４００℃的温度下通过液相烧结致密化［１］。

不同晶粒类别WC-Co硬质合金的性能提升方法综述摘要：WC-Co类硬质合金以高硬度、高耐磨性、高熔点的碳化钨为基体成分,其含量高达70%以上;以具有良好的润湿性和高韧性的钴金属作粘结相。

目前,WC-Co硬质合金由于其高硬度和良好的韧性特点已被广泛地应用于采矿、切削工具、耐磨零件等领域。

现今WC-Co硬质合金已经有不同晶粒类别的产品，本论文主要研究对象为粗晶、超细晶、纳米晶WC-Co硬质合金，概述了以上三种WC-Co硬质合金的性能不足之处，分析了影响其性能的因素，并综述提高WC-Co硬质合金性能的相关方法。

关键词：WC-Co、硬质合金、纳米晶、性能一、WC-Co硬质合金的起源：传统的制备方法是通过W粉与C粉在1400至1600℃固相反应生成WC,然后将Co粉混合球磨, 冷压成型,最后在1400℃的温度下通过液相烧结致密化。

这种方法制成的合金晶粒度不可能小于原始颗粒的尺寸, 通常为1至10微米, 所以存在着较大的脆性、硬度和强度矛盾( 即硬度高则强度低, 强度高则硬度低)、加工软化等问题。

根据下图中硬质合金的分类标准，我们将讨论粗晶、超细晶、纳米晶WC-Co硬质合金的性能不足之处及提高WC-Co硬质合金性能的相关方法。

二、粗晶WC-Co硬质合金：1.性能不足之处：WC-Co硬质合金的耐磨性与断裂韧性却很难同时存在, 要提高某一性能就必须以牺牲另一性能为代价,显然这并不能满足当今制造业的发展需要。

2.影响粗晶WC-Co硬质合金硬度与韧性的因素分析：影响粗晶粒合金性能的主要因素有WC晶粒度、WC晶粒完整度、Co层厚度和碳含量。

而WC-Co 硬质合金由WC相提供硬度, 由Co相提供韧性。

在钴含量相同的情况下, 随着粗晶粒硬质合金中WC晶粒的增大, WC晶粒内缺陷越少、WC晶粒本身的强度越高。

同时粗晶粒合金裂纹存在不规则性, 显得密而短, 对微裂纹的偏转和分叉作用增强, 导致硬质合金韧性增加3.提高性能的方法：3.1国外相关技术：①美国专利 5505902和 5529804公开了两个制备超粗晶粒硬质合金的方法: 将粗颗粒的WC 粉通过喷射研磨分散和分级筛分,去除细的WC颗粒, 只选用粗粒度的部分WC, 然后对这些WC进行Co涂覆。

收稿日期:2005-03-09作者简介:侯克忠(1968-),男(汉),安徽省全椒县人,工学硕士,高级工程师,主要从事超细硬质合金的研究与开发工作。

超细晶WC-Co 硬质合金的发展及其应用侯克忠 杨慧敏 白佳声 吴菊清(上海材料研究所 上海 200437)摘 要:本文概括地综述了超细晶WC-Co 硬质合金在制备工艺和检测技术等方面的发展情况,以汽车工业用刀具加工为实例,介绍了超细晶硬质合金的应用情况,并讨论了其发展前景。

关键词:超细晶WC-Co 硬质合金;快速固结;磁性能;孔加工刀具中图分类号:TF125.3 文献标识码:A 文章编号:1006-6543(2005)05-0041-05DEVELOPMENT OF SUPERFINE CRYSTALLINE WC-Co CEM ENTED CARBIDESAND TH EIR APPLICAT IONS ON H OLE MACHININGHOU Ke zhong,YA ND Hui min,BAI Jia sheng,WU Ju qing (Shanghai Research Institutes of M aterials,200437Shanghai)Abstract:The development of superfine crystalline WC-Co cemented carbides is described withpreparation and inspection technique The tools used in the field of automobile industry are taken as example to,introduce the application of superfine crystalline cemented carbides and the prospect is discussedKey words:Superfine Crystalline WC -Co Cemented Carbide;Rapid Consolidation;Magnetic property;Hole M achining tool由于具有高硬度、高强度、耐高温、耐腐蚀等一系列优异性能,硬质合金在切削加工、凿岩采掘、成型模具、耐磨零件等方面得到了广泛应用。

纳米WC-C o硬质合金的研制及发展　Ξ王振廷1、2,陈华辉1(1.中国矿业大学材料科学与工程系,北京　100083;2.黑龙江科技学院机械工程系,黑龙江　哈尔滨　150027) 摘　要:论述了纳米WC-C o硬质合金的制备工艺、应用前景、国内外研究现状。

关键词:纳米材料;硬质合金;烧结中图分类号:TG146141　文献标识码:A　文章编号:1006-0308(2005)01-0037-04Manu facturing and Development of N anometer WC-Co H ard AlloyW AN Zhen-ting2,CHE N Hua-hui1(1.China University of Mining Industry,Beijing100083,China;2.Heilongjiang C ollege of science and T echnology,Haerbin,Heilongjiang150027,China)ABSTRACT:Preparation technology,application prospect and current research situation of nanometer WC-C o hard alloys are reviewed.KE Y WOR DS:nanometer material;hard alloy;sintering1　引　言从1923年德国人Schoroter首先采用粉末冶金方法生产出WC硬质合金以来,WC硬质合金经历了普通合金、亚微细晶粒合金、超细及纳米晶粒合金3大发展阶段。

为了解决高温合金等宇航材料及其它难加工材料的切削加工,1968年瑞典可满厂首先研制出了亚微细合金,随后美国、日本、原苏联、原西德、中国也相继开发出了大批亚微细合金。

20世纪70年代至80年代以亚微细晶粒为主要研究对象。

随着现代科技的发展,特别是随着超大规模集成电路和计算机的发展,传统合金已失去竞争力,为满足制造微型钻头,打印针头、精密工模具、特殊刀具等的需要,一些国家于20世纪80年代中后期研制纳米WC-C o硬质合金,主要提高合金的强度和韧性。

浅析WC-Co硬质合金研究现状字数：2834来源：中国科技博览2013年31期字体：大中小打印当页正文[摘要]我国一直以来是硬质合金的生产和消费的大国；硬质合金的产量从2003年开始一直稳居世界第一位，我国硬质合金产量达到了整个硬质合金市场产量的20%-30%。

但是现阶段我国并不是硬质合金的生产强国，这主要是由于我国硬质合金产品方面的结构和技术含量以及一些附加值都落后于国外将近10年以上。

这使得我国硬质合金生产主要集中在低档合金产品的生产，而高性能合金的技术和产品很少。

这种情况也为我国发展超细晶硬质合金技术提出了严峻的挑战。

[关键词] WC-Co硬质合金烧结中图分类号：TQ172.6+21.9 文献标识码：TQ 文章编号：1009―914X （2013）31―0607―011 WC-Co硬质合金概述WC-Co硬质合金有着“工业的牙齿”之称，其具有很好的高硬度和抗压强度以及耐磨蚀性和高硬度，在工业上面经常用于高压容器的柱塞和合成金刚石的顶锤和裁纸刀等，在军工、精密仪器和矿山工具、冶金等领域有着非常重要的地位。

航天、军工、精密仪器等行业技术上的迅猛突破，造成WC-Co硬质合金难以跟上这些行业的发展。

因此，能够生产出同时具有高强度和高硬度的纳米复合硬质合金材料的发展变得尤为重要，这样高性能的硬质合金在点阵打印机枕头和微型钻头和难加工材料道具上面有这广发的应用，有着很大的商业利益。

WC晶粒长大直接决定着硬质合金的性能，要想有效的在纳米硬质合金中控制WC晶粒长大，主要关键是对粉末制备额和烧结过程的控制，以及其原始粉末的尺寸。

通常，纳米硬质合金需要的WC粉末明显的要细于常规的WC粉末。

这样，粉末在烧结过程中才能把其能力释放出来，才能使得其快速致密化以及晶粒能够在很短时间内长大。

如何使得晶粒致密化同时防止晶粒过度长大，这需要在烧结过程中增加相应的抑制剂，或者用的烧结方法，比如压力和电磁等方法来控制晶粒长大。

因此，现在关于硬质合金的研究主要在纳米粉末的制备和烧结中如何抑制晶粒长大以及烧结工艺等方面。