硬質(zhì)合金產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及展望

周平 王芳

摘 要：通過對(duì)硬質(zhì)合金的發(fā)展歷程、材料體系及產(chǎn)品應(yīng)用的簡(jiǎn)要介紹，分析了硬質(zhì)舍金產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，探討了發(fā)展過程中存在的問題與不足，同時(shí)展望了硬質(zhì)合金今后的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：硬質(zhì)合金；綜述；發(fā)展現(xiàn)狀；展望

1 引言

硬質(zhì)合金是一種以微米級(jí)難熔金屬化合物（WC、TaC、TiC、NbC等）粉末為基體，并引入過渡族金屬（Co，F(xiàn)e，Ni）為燒結(jié)粘結(jié)相，通過調(diào)整材料體系配方、壓制成型，并在一定保護(hù)氣氛下經(jīng)高溫?zé)Y(jié)等粉末冶金方法制備的一種金屬陶瓷材料[1，2]。經(jīng)過幾十年的不斷發(fā)展，硬質(zhì)合金的材料體系越來越豐富，產(chǎn)品制備的技術(shù)含量越來越高，生產(chǎn)規(guī)模也越來越大，本文主要就我國(guó)硬質(zhì)合金的發(fā)展?fàn)顩r及對(duì)未來的發(fā)展進(jìn)行簡(jiǎn)要分析和探討。

2 硬質(zhì)合金的分類

目前來說，硬質(zhì)合金通?？煞譃橐韵滤拇箢悾孩資G類（WC—Co類）：該類硬質(zhì)合金制造的刀具具有較好的韌性、耐磨性、導(dǎo)熱性等，主要用于礦山工具、耐磨零件，及金屬的加工工具。②YT類（WC—TiC— Co類）：由于加人了TiC成分，材料的硬度和耐磨性有所提高。該類硬質(zhì)合金具有高硬度和高耐熱性，抗粘結(jié)、抗氧化能力好，加工時(shí)磨損小，耐用度高，主要用于鋼材的切削加工。③ YW 類（WC—TiC—TaC—Co類）：在YT 中加入TaC，提高了材料的強(qiáng)度、韌性和紅硬性。該類硬質(zhì)合金材料具有很高的高溫硬度、高溫強(qiáng)度和較強(qiáng)的抗氧化能力，特別適宜于加工各種高合金鋼、耐熱合金和各種合金鑄鐵。④ 硬質(zhì)合金涂層類：在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上，通過CVD（化學(xué)氣相沉積）、PVD（物理氣相沉積）、HVOF（HighVelocity Oxy—Fuel Thermal Spraying）等方法涂覆一層很薄的耐磨化合物，可使基體的強(qiáng)韌性與涂層的耐磨性相結(jié)合而提高硬質(zhì)合金刀具的綜合性能，此外，涂層產(chǎn)品尺寸精度高、斷屑效果好，特別適宜用于FMS、CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）等自動(dòng)化加工[3]。

3 硬質(zhì)合金發(fā)展現(xiàn)狀及問題點(diǎn)

中國(guó)硬質(zhì)合金工業(yè)起步較晚，中華人民共和國(guó)成立前基本沒有硬質(zhì)合金生產(chǎn)?！笆晃濉币詠?，國(guó)家先后給予硬質(zhì)合金生產(chǎn)企業(yè)“技術(shù)引進(jìn)”、“技術(shù)開發(fā)”、“聯(lián)合攻關(guān)”等多種主題和形式的支持，大大提升了我國(guó)硬質(zhì)合金的生產(chǎn)技術(shù)與工藝裝備水平，縮短了與國(guó)際先進(jìn)水平的差距。目前，硬質(zhì)合金的硬度已達(dá)93～98HRA，在1000℃的高溫下仍具有較好的紅硬性，其耐用度是高速鋼的幾十倍，幾乎已發(fā)展成為所有工業(yè)產(chǎn)業(yè)和新技術(shù)領(lǐng)域中不可或缺的工具和結(jié)構(gòu)材料。調(diào)查顯示，2016年，中國(guó)硬質(zhì)合金產(chǎn)量為2.8萬噸，預(yù)計(jì)2020年將達(dá)到3.3萬噸。此外，中國(guó)硬質(zhì)合金企業(yè)的另一個(gè)特點(diǎn)是，國(guó)外強(qiáng)勢(shì)企業(yè)也加快了對(duì)中國(guó)市場(chǎng)的滲透，如美國(guó)肯納金屬公司、以色列伊斯卡金屬切削集團(tuán)、山特維克集團(tuán)、瑞典的意大利SAMP公司、日本株式會(huì)社泰珂洛等跨國(guó)企業(yè)分別在天津、河北、大連、上海、廣州等地投資建廠，中國(guó)硬質(zhì)合金產(chǎn)業(yè)形成了國(guó)有、民營(yíng)、外商獨(dú)資、中外合資等多種形式并存的局面。雖然我國(guó)硬質(zhì)合金工業(yè)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展和進(jìn)步，但與國(guó)外先進(jìn)企業(yè)如Sandvik，Kennametal等相比，仍有比較大的差距。目前來說，我國(guó)硬質(zhì)合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中主要存在如下幾個(gè)問題：

問題一：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)失衡，產(chǎn)業(yè)集中度不高。中國(guó)雖然作為硬質(zhì)合金生產(chǎn)制造大國(guó)，但產(chǎn)品均以中低檔為主，且硬質(zhì)合金企業(yè)“多”、“散”、“小”的狀況依然未有根本性轉(zhuǎn)變，產(chǎn)業(yè)集中度偏低，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)。

問題二：高端產(chǎn)品比重不足，結(jié)構(gòu)調(diào)整任重道遠(yuǎn)。由于我國(guó)沒有真正建立硬質(zhì)合金行業(yè)準(zhǔn)入門檻，發(fā)展

比較盲目，中低檔產(chǎn)品產(chǎn)能過剩。但高精度刀具、模具、工程機(jī)械配件等高附加值產(chǎn)品數(shù)量少、品種不全、比重低。

問題三：產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)突破不足，整體創(chuàng)新能力不強(qiáng)。我國(guó)硬質(zhì)合金產(chǎn)業(yè)研發(fā)設(shè)備與儀器不夠先進(jìn)，原創(chuàng)性核心技術(shù)成果少，技術(shù)集成度低，行業(yè)整體創(chuàng)新能力不足、核心競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)。

問題四：廢舊合金回收利用率低。近年來，國(guó)內(nèi)硬質(zhì)合金企業(yè)意識(shí)到礦產(chǎn)資源的不可再生的重要性，

多數(shù)企業(yè)開始注重廢舊合金的回收利用。目前為止，廢舊合金利用率約占全年總產(chǎn)量的20%左右。

4 硬質(zhì)合金產(chǎn)業(yè)展望

結(jié)合我國(guó)硬質(zhì)合金工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，建議重點(diǎn)從以下四方面實(shí)現(xiàn)新的突破：

（1）制造裝備及加工技術(shù)創(chuàng)新升級(jí)。我國(guó)的硬質(zhì)合金產(chǎn)業(yè)經(jīng)過不斷的技術(shù)引進(jìn)與改造，以及“重點(diǎn)突破”科研攻關(guān)，出現(xiàn)了一大批的先進(jìn)制造技術(shù)。長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，提升整體裝備水平是中國(guó)硬質(zhì)合金產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的必經(jīng)之路，尤其是用于生產(chǎn)制造高附加值深加工產(chǎn)品的高端裝備，從而推動(dòng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化與產(chǎn)業(yè)升級(jí)，提升產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，占據(jù)高端產(chǎn)品市場(chǎng)。

（2）晶粒的細(xì)化、超粗晶粒硬質(zhì)合金的制備。超細(xì)晶硬質(zhì)合金的特點(diǎn)是具有高韌性和高耐磨性）[4] ，主要用于鑄鐵、鑄鋼、有色金屬等工件的精車、銑削和各種孔加工刀具，最新的納米晶合金可以磨制直徑小于0.2mm 的微型鉆頭和銑刀；超粗晶粒（晶粒度≥5.Otzm）的硬質(zhì)合金目前尚屬研發(fā)階段，該材料具有較高的熱導(dǎo)率和抗熱沖擊及抗熱疲勞性能。

（3）功能涂層的制備。涂層硬質(zhì)合金具有較基體更高的硬度和耐磨性[5]，同時(shí)又有韌性較好的基體保證，涂層硬質(zhì)合金是近年來硬質(zhì)合金領(lǐng)域中取得的偉大成就之一。但是，耐磨性和韌性間的互斥性是硬質(zhì)合金的本質(zhì)缺陷，很多產(chǎn)品服役情況下均很難滿足工作要求，很容易在相界處出現(xiàn)涂層剝落或龜裂現(xiàn)象。賀躍輝等研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)WC+Co涂層進(jìn)行合理滲碳處理后，在顯微組織空間形成梯度分布，在保證耐磨特性的情況下大大提高了抗沖擊韌性和斷裂韌性[6] 。

（4）保護(hù)和合理利用稀缺礦產(chǎn)資源。硬質(zhì)合金產(chǎn)業(yè)是高度依賴資源的一類產(chǎn)業(yè)，資源對(duì)硬質(zhì)合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展影響巨大，循環(huán)經(jīng)濟(jì)和再生回收技術(shù)成為了當(dāng)前的熱點(diǎn)。為緩解鎢資源稀缺所帶來的壓力，對(duì)廢合金進(jìn)行回收純化、高效循環(huán)利用技術(shù)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)資源綜合開發(fā)再利用、企業(yè)向環(huán)保經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變。

5 結(jié) 論

眾所周知，鎢是一類非常重要的國(guó)家戰(zhàn)略資源。實(shí)現(xiàn)鎢資源的高效與高值化利用，是一項(xiàng)關(guān)乎國(guó)家穩(wěn)定的技術(shù)性政治策略。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)規(guī)模高速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整與優(yōu)化，給我國(guó)硬質(zhì)合金產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了很好的機(jī)遇與環(huán)境。因此，我國(guó)硬質(zhì)合金企業(yè)應(yīng)當(dāng)抓住當(dāng)前的市場(chǎng)機(jī)遇，轉(zhuǎn)變觀念，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，調(diào)整產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變?cè)鲩L(zhǎng)和盈利模式，進(jìn)而提升我國(guó)在硬質(zhì)合金行業(yè)的整體經(jīng)營(yíng)水平與核心競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)我國(guó)硬質(zhì)合金產(chǎn)業(yè)的再次飛躍。

參考文獻(xiàn)：

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