北京工业大学硬质合金研发领域工作简介.pdf

联系人：宋晓艳 教授/博士生导师, 北京工业大学材料学院/新型功能材料教育部重点实验室 电 话：(10)Email: xysong@ 网页： 北京工业大学硬质合金研发领域工作简介 北京工业大学自 2004 年开展超细硬质合金的研究，近年来研究成果主要为： • 原创性地开发出了一种以钨钴氧化物配碳为原料，利用原位还原碳化反应一步合成超 细及纳米尺度 WC-Co 复合粉的先进技术，具有设备及制备路线显著简化、工艺流程短、 物相纯净、粒径可控（80 nm－1.0 m ）的突出特点，以及成本低、节能环保等显著技 术优势。 • 以原位反应合成技术制备的超细复合粉为原料，采用目前国内企业常规的真空烧结和 低压烧结设备，通过研究和优化烧结工艺，开发出了不同粘结相含量和晶粒尺寸级别 的系列超细晶、准纳米晶和纳米晶硬质合金块体材料，平均晶粒尺寸 80－500 nm，具 有硬度HRA 92.5 －94.5，断裂韧性12.0－18.0 MPa.m1/2，横向断裂强度 3000 －3500 MPa (真空烧结) 和 4000 －4500 MPa (低压烧结) 的优良综合性能。 • 在纳米晶硬质合金研究领域取得重要进展。以原位反应合成技术制备的纳米级复合粉 为原料，开发出放电等离子烧结创新工艺路线，成功制备出了平均晶粒尺寸减小到 60nm 的纯净、致密的 WC-Co 纳米晶硬质合金块体材料，该晶粒尺寸为目前国际上文 献报道的烧结硬质合金的最小晶粒尺寸。 • 以团聚造粒后的超细及纳米 WC-Co 复合粉为喷涂原料，制备出了具有高硬度、高耐 磨耐蚀性和优良强韧性配合的超细及纳米结构的硬质合金涂层，与常规微米级涂层相 比，具有显著提高的表面质量、结构致密性和层间结合强度。这种具备优良综合性能 的超细及纳米结构的硬质合金涂层，可大范围替代造成环境污染的电镀硬铬层，尤其 在机械制造（如液压传动件）、航空航天（如飞机起落架）、水利电力（如水轮机叶片）、 矿山冶金（如结晶器、沉没辊）、石油化工（如抽油泵活塞杆）和纺织印刷（如涂布辊、 网纹棍）等工业领域中对表面耐磨蚀和强韧性有较高要求的场合拥有非常广阔的应用 前景。 • 以报废的硬质合金为原料，利用氧化－还原系列反应制备出由WC 和 Co 两种纯相构 成的硬质合金再生复合粉末，实现了废旧硬质合金的回收和再利用。我们研发的废旧 1 联系人：宋晓艳 教授/博士生导师, 北京工业大学材料学院/新型功能材料教育部重点实验室 电 话：(10)Email: xysong@ 网页： 硬质合金回收再利用的技术路线，不仅具有流程短、能耗小、无污染等突出特点，而 且具有操作安全、再生粉末中碳量易于控制等优势。因此，本技术路线具有成本低、 流程短、高纯度、产率高、节能环保等系列技术优势，且具有实现工业产业化的重要 潜力和应用前景。 • 在硬质合金基础研究方面，通过系统的研究分析，确定了成分、显微组织结构和微观 缺陷对超细晶及纳米晶硬质合金的硬度、韧性和强度的影响规律及作用机理；建立了 超细晶及纳米晶复相组织的显微结构参数与横向断裂强度之间的关系，并阐明了纳米 晶硬质合金的断裂机制。基础研究结果为高性能超细晶及纳米晶硬质合金的显微组织 结构优化与制备工艺研发提供了重要的科学依据和理论指导。 系列研究成果申报国家发明专利 10 余项，授权 7 项。于国内外权威刊物和重要会议 上发表相关学术论文 40 余篇，在有关粉末冶金和纳米材料大型国际会议上做特邀报告 （Plenary ，Keynote ，Invited lecture ）8 次。有关专利技术目前在国内相关硬质合金企业 进行产业化中试，已取得可喜成果，显示出突出的市场竞争力和工业价值。同时，在硬 质合金领域开展了广泛的国内外学术交流和合作，担任硬质合金领域国际权威学术刊物 《Journal of Refractory Metals and Hard Materials》中国地区编委，与美国犹他大学、卡耐 基梅隆大学、日本物质材料研究机构、德国耶拿大学、德国达姆斯塔特大学、德国敏