新型納米晶硬質(zhì)合金的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

王倩玉，秦明禮，吳昊陽(yáng)，賈寶瑞，曲選輝

北京科技大學(xué)新材料技術(shù)研究院, 北京100083

硬質(zhì)合金是世界上主要的粉末冶金產(chǎn)品之一，由WC、TiC、TaC、NbC、VC等難熔金屬碳化物以及作為粘結(jié)劑的鐵族金屬通過(guò)粉末冶金方法制備而成[1?3]。與高速鋼相比，硬質(zhì)合金具有較高的硬度、耐磨性和紅硬性；與超硬材料相比，硬質(zhì)合金具有較高的韌性。自從1923年問(wèn)世以來(lái)，硬質(zhì)合金將金屬切削加工效率提高幾十倍甚至上百倍，為切削加工、采掘鉆探以及其他加工業(yè)帶來(lái)革命性變革[4]。

近年來(lái)，全球硬質(zhì)合金的產(chǎn)量穩(wěn)步增長(zhǎng)，2019年全球硬質(zhì)合金產(chǎn)量約為10.87萬(wàn)t。如圖1[5]所示，中國(guó)是世界上硬質(zhì)合金產(chǎn)量最大的國(guó)家，占比在40%左右。國(guó)際知名硬質(zhì)合金生產(chǎn)廠商主要有瑞典山特維克集團(tuán)、美國(guó)肯納金屬公司、以色列伊斯卡公司、盧森堡森拉天時(shí)、日本三菱綜合材料株式會(huì)社、日本東芝泰珂洛株式會(huì)社、中國(guó)株洲硬質(zhì)合金集團(tuán)有限公司與中國(guó)廈門(mén)金鷺特種合金有限公司等[6]。硬質(zhì)合金產(chǎn)品形式分為四類：切削工具、礦用工具、耐磨用具和其他。

圖1 全球硬質(zhì)合金產(chǎn)量變化及區(qū)域分布圖[5]Fig.1 Production change and regional distribution of the cemented carbides in the world[5]

如表1[7]所示，納米晶硬質(zhì)合金比普通硬質(zhì)合金在硬度、韌性、抗彎強(qiáng)度等各項(xiàng)性能上均有顯著提升，并且能夠顯著改善材料的熱震性和抗氧化性。納米晶硬質(zhì)合金刀具的壽命為一般硬質(zhì)合金刀具的10倍左右，高速鋼刀具的10～40倍。納米晶硬質(zhì)合金的相關(guān)產(chǎn)品已在汽車(chē)、航空航天、國(guó)防軍工、核能、發(fā)電設(shè)備、電子通訊和新能源現(xiàn)代制造業(yè)等領(lǐng)域作為高效精密刀具、微鉆、微銑等被廣泛應(yīng)用，如圖2所示，目前已占據(jù)了近20%的市場(chǎng)份額[8?9]?！?br>