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高性能硬质合金的规模化制备技术与工程应用

作为核心技术的超细和纳米WC-Co类复合粉末的制备是完全基于目前企业常规生产设备,并且相对于现有工艺显著简化了工艺路线、缩短生产周期1/3-1/2;合成温度较常规碳化温度降低400-600 oC,因此在生产成本和能耗方面均有所降低。由于市场上500nm以下的WC-Co复合粉末产品较少,尤其是200nm以下的WC基粉末被进口粉末垄断,价格是由本技术生产的纳米WC-Co复合粉末的3-8倍,这主要是由于此类进口粉末的生产工艺复杂,控制难度大,因此本技术产品在性价比方面具有明显的优势。

#新材料
中试

技术详情

市场介绍

应用情况:目前国内市场上无粒径在200nm以下WC-Co类复合粉末产品,且非常缺乏同时满足耐磨、耐蚀、抗氧化等综合性能的涂层材料。应用本成套技术,结合本团队建立的硬质合金协同综合高性能化的理论体系,在高端硬质合金产品领域具有十分重要的推广应用前景。 尤其是,受限于超细和纳米WC-Co类粉末规模化制备技术匮乏,在硬质合金涂层领域,国内外市场应用的仍然是传统的微米结构WC基喷涂材料。而大量研究表明由纳米结构WC基粉末制备的硬质合金涂层相比传统微米结构涂层具有更高的表面质量、显微硬度以及更强的耐磨耐蚀性能。本技术的工程应用结果也充分证明了以开发的喷涂材料制备的硬质合金涂层的高性能优势。同时,由于工艺流程短、成本低,开发的纳米结构WC基喷涂材料具有明显的性价比优势,可完全取代用于高表面质量需求、但导致环境污染问题的电镀硬铬。此外,在对表面耐磨蚀和强韧性有更高要求的工业领域,如航空航天、电力、印刷、冶金、石油、化工、机械等领域拥有极为重要的应用前景。

项目介绍

本研究团队多年从事高性能硬质合金的研发工作,在硬质合金设计制备及结构性能关系等方面,于国际知名期刊发表学术论文150余篇,在创新制备技术方面拥有授权/公开发明专利50余项。有关技术成果已在多家硬质合金企业中试、产业化和实现工程应用。尤其在纳米WC基复合粉末、纳米结构喷涂材料、耐磨耐蚀硬质合金涂层、高强韧硬质合金烧结块材/棒料等方面,具有多项创新成果。

(1)发明了低温固相原位合成超细、纳米WC-Co类复合粉末的规模化技术,反应温度较常规碳化温度降低400-600oC,生产周期较传统工艺缩短1/3-1/2,批量生产的复合粉具有物相纯净、粒径可调控、金属元素和碳含量控制准确等突出优势。

(2)开发出高流动性、纳米结构的WC基喷涂粉料的规模化制备技术,通过成分设计和先进造粒技术,可完全避免纳米WC在热喷涂过程中的分解脱碳,开发的系列WC基喷涂材料可适用于需求耐磨、耐蚀和抗高温氧化等不同的工况环境,并达到或超过了国际知名产品的性能指标。

(3)研制出高硬度、强耐磨耐蚀、高表面质量的纳米结构硬质合金防护涂层,可大范围替代造成环境污染的电镀硬铬层,相对于常规微米结构涂层,其使用寿命可提高2倍以上。

(4)建立了高强韧超细晶硬质合金烧结块材/棒料的规模化制备技术,在硬质合金保持高硬度的前提下,获得了高韧性和国际领先水平的超高断裂强度(以开发的WC-12Co工业产品为例,横向断裂强度平均值达到5230 MPa)。

技术先进性

1.超细/纳米WC-Co类多元复合粉末制备技术的突出优势:基于目前企业常规生产设备,显著简化了工艺路线、缩短生产周期1/3-1/2;合成温度较常规碳化温度降低400-600oC,可有效控制显微组织粗化;彻底解决了纳米Co粉自发团聚的国际技术难题,原位合成的复合粉中WC和Co相分布均匀;复合粉的热力学性质稳定,在加热中不易突发晶粒长大。

2.纳米结构WC基喷涂粉料和涂层的制备技术优势:以原位合成的纳米WC-Co类多元复合粉末为原料,结合料浆设计、离心干燥和独特的陶瓷颗粒辅助热处理方式,制备的喷涂颗粒具有超高流动性(流速8-15s/50g)和球形度(>97%)、高致密性(90%-100%)等优势,以之制备的硬质合金涂层可实现完全无脱碳,并具有纳米晶和非晶Co粘结相共存的组织结构,涂层耐磨性能可提高3-5倍;同时,利用开发的微合金化技术可使WC基涂层的耐蚀性能相对于现有常规涂层大幅提高。

3.具有高韧性和超高断裂强度的硬质合金烧结块材的制备技术优势:基于目前国内企业常用低压烧结设备,可大范围调控Co含量(6-15wt%)和WC晶粒尺寸(100-500nm)。以WC-12Co合金为例,烧结块材的硬度>HRA91.0,断裂韧性>13.0MPa·m1/2,平均横向断裂强度达到5230MPa,综合性能居国际前沿。

应用案例

转化方式及主要需求

技术转让、技术许可、合作研发、股权投资

设备投资1000万可建成年产能50吨超细/纳米硬质合金复合粉末和50吨喷涂材料生产线,具体合作方式可在有意向的情况下详谈。

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