硬质合金技术发展趋势及研究开发重点?

硬质合金技术发展趋势及研究开发重点?

1）高精度高性能硬质合金及配套刀具：由于刀具，特别是刀具材料的进步，促进了机床业的发展，反过来新型机床对刀具提出了更高要求。在机械加工中，采用价格昂贵的数控机床、加工中心，必须靠高性能的刀具，高速、高效和高精度的完成加工任务才能取得良好经济效益。1台加工中心配备的全部刀具以金额计，刀具费用可达加工中心价格的30%。一般情况下，1台数控机床年均消耗刀具费用为机床价格的12%左右。因此，工业发达国家都高度重视刀具技术的发展。当今能满足上述工艺要求的高精度高性能硬质合金刀片及配套刀具的需求继续处于强劲上升势头，从而带动相关技术不断进步。以数控涂层刀片为例，从最初的CVD为主到目前的CVD、PVD、PCVD共存，涂层基体不断更新，涂层种类也从单一化合物涂层，朝着多元复杂化合物涂层发展，涂层数也从几层到十几层。据资料报导正研究中的纳米涂层，涂层数可达百层，因此其使用寿命可达普通CVD涂层合金刀片4倍以上。此外，金刚石涂层、CBN涂层等都以其高技术含量和高附加值越来越受到世界大公司的追求，部分产品已经推向市场。中国硬质合金工业因这一方面与国外先进水平的差距是导致其经济效益低下的重要原因。
2 ）超细和纳米硬质合金开发：同样由于高精度、高性能硬质合金整体刀具需求不断发展，以及因信息技术革命带来集成电路集成度的不断提高对线路板微细孔加工的要求越来越高。以硬质合金微钻为例，其直径小的已达φ0.1mm，打印针尺寸也达到φ0.8mm。此类材料要求高硬度的同时要求高强度，HRA93.5的硬质合金其强度可超过5000Mpa。这种需求有力推动超细、纳米硬质合金的开发，其研究领域十分丰富，包括纳米级WC、纳米级WC—CO复合粉末以及相关其它难熔金属碳化物、固溶体等制粉技术研究；纳米硬质合金生产工艺技术及相关设备的研究；合金纳米涂层技术及设备研究；纳米粉末和纳米合金分析、检测技术研究；以及相关的基础知识研究等。研究的不断深入，为高性能超细及纳米硬质合金开发展示出良好的前景。
3）功能梯度材料：硬质合金的硬度和韧性是一对矛盾，两者的高度统一是研究人员追求的目标。近几年研究人员通过研究硬质合金贫C（含富C）结构，在可控气氛下烧结或通过熔体渗透以达到粘结相的分布按需要呈梯度结构，使硬质合金复合韧性获得更好统一。该技术已经越来越多地应用于凿岩工具、顶锤、涂层刀片基体等生产，使合金的性价比明显提高。目前研究工作继续深入，据报道日本已经研究出表面TiC相对富集，WC颗粒向中心迁移的特殊结构的金属陶瓷工具。这些研究成果为硬质合金质量不断提高展示良好的前景，其市场前景近几年将有大的发展。
4）新型工具材料发展迅猛：金属陶瓷、非金属陶瓷和超硬工具材料尽管不属于硬质合金范畴，但由于具有极其优异的性能，尤其是在某些方面明显优于硬质合金并可在一定的范内取代硬质合金。因此这些材料的发展将有利于硬质合金工具材料的延伸，有利于钨、钴、钽等重要战略资源的合理使用。在部分特殊材料加工以及高速精加工中，金属陶瓷、非金属陶瓷刀具、立方氮化硼、聚晶金刚石和金刚石涂层刀具等在国外已经得到快速发展和应用。研究正朝着超细纳米结构、晶须（纤维）增韧复合陶瓷、带压烧结新技术应用等方面发展。可以预见其适用范围随着材料性能的不断提高将部分替代硬质合金，起到提高切削效率和节约宝贵钨资源的重要作用。目前世界上许多国家都加紧这类材料的研究开发和推广应用。根据资料报导，在日本金属陶瓷刀具已占可转位刀具的三分之一。陶瓷刀具材料不用钴或少用钴，这对钴资源相对贫乏的我国，无疑也是应该加大力度研究开发的一个方向。
5）硬质合金净成型技术：所谓硬质合金净成型技术包括高精度模压技术、挤压成型技术、注射成型技术、粉末轧制技术、粉浆浇注技术等。这些技术与硬质合金生产高效以及应用领域不断拓展紧密相关。比如，近几年注射成型技术发展很快，在我国也不例外。该技术能制造出形状复杂，且非常接近产品最终尺寸的产品，在硬质合金整体螺旋铣刀、整体球形铣刀、整体合金钻头，特别在装饰用硬质合金，如表链、表壳、钓鱼坠子、高档钮扣，以及部分形状复杂硬质合金制品开发等应用越来越多。净成型技术研究涉及研究内容也很多，特别是成型剂以及成型剂去除技术、模具设计制造技术等。该技术的深入研究，将使硬质合金许多产品高效生产以及应用领域不断拓宽起很好作用。
6）硬质合金生产技术和工艺装备不断创新：随着科学技术和现代工业的迅速发展，新型工程材料对现代工具材料的要求也越来越高，为满足这一要求并不断开拓新的应用领域，硬质合金的质量必将进一步提高，产品品种必将进一步扩大。在这种形势下，硬质合金生产技术和工艺装备也必将不断创新。80年代以来至今许多新技术、新装备不断涌现，诸如高温自蔓燃合成技术、等离子体制粉新技术、复合粉末制取技术、微波烧结技术、生产工艺精确控制技术、压力烧结技术、等静锻压技术、新型化学和物理气相沉积涂层技术，以及硬质合金各种强化处理技术等。这些技术正在或有可能在硬质合金生产中得到推广应用。随着时间推移，硬质合金新的生产技术和工艺装备还将不断得到创新。
7） 硬质合金基础理论研究：国外硬质合金技术发展迅速，是与基础理论的研究扎实，深入分不开的。我国因体制、经费、研发力量等各方面原因研究工作非常薄弱，很难产生原创性研究成果。为尽量缩小与国外差距，要加快研究粉末的显微特性对粉体材料的物理力学性能的影响，实现原料粉末产品质量加速升级；研究材料组分显微结构对材料使用性能的影响，建立相应的新材料数据库，切实提高新产品自主开发能力；研究合金烧结过程的致密化和物质迁移的控制规律，以加速开发梯度功能材料、复合材料；研究硬质合金槽型系列化和牌号优化，迅速形成有中国知识产权的高性能切削刀具系列产品等。基础理论研究是战略性重要措施，虽难以急功近利，但确是振兴我国硬质合金工业所不可缺少的工作.

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资料来源：东莞市弘超模具科技有限公司
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