硬质合金作为高效工具和结构材料应用范围广、发展速度快,据报道,全国硬质合金产量超过16000吨,占全世界总量的30%多。我国是硬质合金的生产大国,但还不是强国。特别是近几年来我国矿山开发,高速公路和铁路的建设,水利、电力、桥梁的建设,建筑业迅速发展。导致矿用硬质合金材料需求量大增。尽管有世界金融危机对我国的影响,但国家采取了一系列扩内需,保增长的措施,增加4万亿元资金发展基础建设,交通运输、水力、电力、能源等城市化建设,这给硬质合金工具(刀具的钎具、钻具)的发展提供了良好的机遇。
我国硬质合金钎具、钻具工业经过半个多世纪的发展,在产量、品种、规格、质量方面都有了长足的进步。但与国际上的钎具、钻具相比,仍然还存在品种少、质量稳定性差、使用寿命短等问题,产品的使用性能还有一定的差距。主要原因还是工艺技术水平较低,以及对原材料的加工、处理技术问题。大家知道,生产钻具、钎具的硬合金材料本身就存在着硬性和韧性的矛盾,要获得高性能的韧性就必须牺牲硬度,获得高硬度的产品又必须牺牲韧性。近几年来,硬合金专家和工程技术人员针对上述硬与韧的矛盾,开展了一系列的研究工作,主要有以下三方面。
改变WC的粒度和Co的含量,如粗颗粒、细颗粒(包括纳米级)及不同配比的粒度,寻找最佳条件,提高硬质合金工具的性能。
采用功能梯度结构,就是在高温下Ti(CN)化合物的分解,原子的扩散,热传输在材料中产生梯度。如:烧结和热处理过程中通入适当气氛诱发空气中有关元素的扩散,来改变硬质合金的微观结构分析,使材料性能在一维、二维、三维空间出现梯度变化(主要是Co含量从表及里的变化),可以解决硬质合金内部性能存在的矛盾,此工艺技术在国外瑞典山特维克公司已在工业中应用,而我国起步较晚,虽然经10多年的研究工作,但仍处于实验室阶段,距工业应用还须努力,主要关键技术和装备还有待突破性的进展。
增加表面涂层来提高材料的力学性能。有人做过实验,用TiN涂层钻头,寿命可提高50%~60%。江西章源钨业公司羊建高总工人等人作了大量工作,涂层后的材料在硬度和耐磨性方面都有很大的提高,涂层的方法也不断地进步,从化学气相沉积发展为等离子物理气相沉积,表面激光强化处理等方法。还有热处理、深冷处理、磁化处理等技术都能提高材料的性能。
以上所有的方法都在硬质合金材料自身上下功夫,还没有脱离硬质合金材料领域,所以材料性能的提高总是有限的。 |