唐 煒 ，郭永忠 ，楊樹忠 ，張 帆 ，肖穎奕 ，譚敦強(qiáng)

（1．南昌大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，江西 南昌 330031；2．贛州有色冶金研究所，江西 贛州 341000；3．江西鎢業(yè)控股集團(tuán)有限公司，江西 南昌 330096；4．江西省鎢與稀土功能合金材料工程實(shí)驗(yàn)室，江西 贛州 341000）

0 引 言

礦用硬質(zhì)合金的硬度（耐磨性能）和韌性（抗沖擊斷裂性能）是最關(guān)鍵的性能指標(biāo)，決定了產(chǎn)品的使用效率和服役壽命[1-3]。傳統(tǒng)礦用硬質(zhì)合金的微觀組織結(jié)構(gòu)均勻，WC顆粒均勻地分布在鈷粘結(jié)相基體上。這種組織特征決定了硬質(zhì)合金存在硬度與韌性矛盾：提高硬度導(dǎo)致韌性降低，提高韌性則硬度降低[4-6]。如何解決硬質(zhì)合金硬度和韌性的矛盾一直是國(guó)內(nèi)外科研工作者研究的重點(diǎn)方向[4，7-15]，相繼開發(fā)出了板狀晶硬質(zhì)合金[4]、低鈷超粗晶硬質(zhì)合金[7]、非均勻結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金[8-9]、強(qiáng)化粘結(jié)相硬質(zhì)合金[10]、梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金[11]和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金[12-14]，有效地推動(dòng)了硬質(zhì)合金行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和新材料的研發(fā)。然而，板狀晶硬質(zhì)合金的板狀晶粒含量難以控制，導(dǎo)致合金穩(wěn)定性差，難以產(chǎn)業(yè)化；低鈷超粗晶硬質(zhì)合金、非均勻結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金和強(qiáng)化粘結(jié)相硬質(zhì)合金沒能有效解決韌性和硬度矛盾；梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的梯度層較薄，易磨損，不能有效提升使用壽命，并且中心存在η相，應(yīng)用過程中開裂風(fēng)險(xiǎn)較大。

網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金是近20年來開發(fā)出來的一種新型結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金，由于兼具高硬高沖擊韌性而被認(rèn)為是最具開發(fā)潛力的礦用硬質(zhì)合金。研究總結(jié)了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的發(fā)展歷程，重點(diǎn)綜述了國(guó)內(nèi)外網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的制備技術(shù)與組織結(jié)構(gòu)、材料成分與力學(xué)性能。

1 定義和特性

網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金（Cellular Cemented Carbides）[14-22]又被稱為“蜂窩”結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金[23]、雙結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金（Double Cemented Carbides）[12-13]或雙結(jié)構(gòu)復(fù)合材料（Dual Composites）[24]，是以高硬度復(fù)合材料作為核心組織，以高韌性的金屬、合金材料或復(fù)合材料為基體組織，通過粉末冶金手段煉制而成的一種核心組織且均勻分布在基體組織中的新型結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金，組織結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。在金相照片中能夠明顯觀察到核心組織均勻分布在基體組織中而呈現(xiàn)出“網(wǎng)狀”結(jié)構(gòu)的二維平面，故國(guó)內(nèi)目前均稱作“網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金”。從三維角度來看，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的核心組織可以為球形或纖維狀，這與網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的設(shè)計(jì)和制備技術(shù)有關(guān)。

圖1 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金組織結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of microstructure of cellular cemented carbide

網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金中，高硬度的核心組織提供了高耐磨性，高韌性的基體起到鈍化裂紋、偏轉(zhuǎn)裂紋及吸收沖擊功的作用（如圖2所示），增強(qiáng)了抗沖擊斷裂性能，從而獲得兼具高耐磨性、高沖擊韌性的綜合力學(xué)性能[25]。據(jù)報(bào)道[14]，網(wǎng)狀合金由于擁有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，使用壽命可以提升15%以上。因此，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金被認(rèn)為是一種極具開發(fā)潛力的新型復(fù)合結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金。但由于問世較晚，制備技術(shù)及應(yīng)用開發(fā)不成熟等原因，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金產(chǎn)業(yè)化及推廣應(yīng)用尚處于起步階段。

2 發(fā)展歷程

網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金重要發(fā)展歷程如下：1999年，美國(guó)史密斯油田服務(wù)國(guó)際公司（Smith International，Inc．）首次公開一種雙結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金（Double Cemented Carbide）[12]。在同一年發(fā)表的一篇科技論文中被命名為“Dual Composites”[24]。

2003年，美國(guó)密蘇里-羅拉大學(xué)（University of Missouri-Rolla）首次公開了一種采用共擠出法開發(fā)出功能設(shè)計(jì)的蜂窩結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金（Cellular Cemented Carbide）[26]。

2005年，株洲硬質(zhì)合金集團(tuán)有限公司首次在國(guó)內(nèi)立項(xiàng)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金及其制備技術(shù)研發(fā)。

2009年，株洲硬質(zhì)合金集團(tuán)有限公司通過2009年全國(guó)粉末冶金學(xué)術(shù)會(huì)議在國(guó)內(nèi)首次報(bào)道了“蜂窩結(jié)構(gòu)”硬質(zhì)合金[23]。

2010和2011年，株洲硬質(zhì)合金集團(tuán)有限公司分別公開了一件專利[14，18]，并正式使用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金取代“蜂窩結(jié)構(gòu)”硬質(zhì)合金的中文命名方法。在隨后的文獻(xiàn)報(bào)道[20，22]顯示，其英文名仍使用Cellular Cemented Carbide。

2012年，株洲硬質(zhì)合金集團(tuán)有限公司建立了全球首條且唯一一條年產(chǎn)200 t的網(wǎng)狀合金生產(chǎn)線，率先實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化[27]。截止到2017年上半年，已累計(jì)完成產(chǎn)量850 t，相關(guān)產(chǎn)品全部進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。

3 制備技術(shù)與組織結(jié)構(gòu)

綜合專利公開和文章報(bào)道，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的制備方法的關(guān)鍵是獲得核心組織均勻分布在基體中的復(fù)合組織結(jié)構(gòu)，主要概括為三種：熔滲法（Infiltration）[12]、待壓料（Ready to Press Powder，RTP）法[12-14，18-21]和共擠出法（Coextrusion）[15-17，26]。

3.1 熔滲法

熔滲法是先使用石墨模具將WC-6Co球形團(tuán)粒料壓制成目標(biāo)規(guī)格的地礦球齒毛坯，經(jīng)1 300℃預(yù)燒約30 min后，浸入到鎳基合金熔液中，使熔液充分滲透并填充到毛坯團(tuán)粒之間的間隙中，從而獲得雙結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金。

熔滲法僅在美國(guó)史密斯油田服務(wù)國(guó)際公司首次公開的專利[12]中給出了一個(gè)實(shí)施案例。然而在該專利中并沒有給出所制備的雙結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的顯微組織結(jié)構(gòu)照片和力學(xué)性能參數(shù)。但筆者認(rèn)為，這種方法制備的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金組織結(jié)構(gòu)中的團(tuán)粒與相鄰的團(tuán)粒相互連靠在一起，而且熔滲過程中，難以保證團(tuán)粒的充分致密化，對(duì)應(yīng)強(qiáng)度和韌性較低。

3.2 待壓料法

待壓料法是使用混料手段將球形團(tuán)粒與基體充分混合獲得RTP料，再經(jīng)模壓成型和燒結(jié)致密化獲得網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金。Fang Z G等最先通過專利[12]和論文[24]公開了使用RTP法制備雙結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金。典型的制備流程可總結(jié)為：WC-Co球形團(tuán)粒經(jīng)預(yù)燒后，與韌性基體（如純Co、低碳鋼、不銹鋼、Fe-Ni-Co合金或純Co中添加少量粗顆粒WC等）粉末混合制備RTP料。RTP料再依次經(jīng)壓制成型和燒結(jié)致密化（燒結(jié)技術(shù)為熱壓、全方位快速壓實(shí)或液相燒結(jié)等）制備雙結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金。

以WC-6Co熱噴涂球形團(tuán)粒為核心原料和以純Co為基體料制備的雙結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的顯微組織結(jié)構(gòu)如圖3[24]所示。從圖中可以看出，純Co均勻包覆著WC-6Co球形團(tuán)粒。

張顥[14，18]通過專利在國(guó)內(nèi)率先公開了網(wǎng)狀合金的制備方法。其制備流程為：將原料進(jìn)行配料、濕磨、干燥過篩、然后摻入成型劑，制備成基體料漿；將原料進(jìn)行配料、濕磨、干燥過篩、然后摻入成型劑制粒，制備成團(tuán)粒料；將基體料漿和團(tuán)粒料混合獲得RTP，再依次經(jīng)干燥、過篩、壓制成型和出網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金，其組織結(jié)構(gòu)[20]如圖4所示。從圖中可以明顯觀察到，顏色較暗的團(tuán)粒均勻地分布在顏色較淺的基體中，團(tuán)粒組織中的WC晶粒度明顯比基體的更小。陳軍等[19]也公開了一種用于制備硬質(zhì)合金噴嘴的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金，其制備方法與張顥等公開的基本一致。

曹麗強(qiáng)等[21]公開了一種網(wǎng)狀合金制備方法。與傳統(tǒng)方法（即直接將團(tuán)粒與基體干混或濕混獲得含團(tuán)粒的混合料）不同，該方法是將預(yù)制的低鈷細(xì)晶混合料粒放入滾筒內(nèi)滾動(dòng)，再將預(yù)制備好的高鈷粗晶混合料懸浮液噴灑在低鈷細(xì)晶混合料粒上，使高鈷粗晶混合粒均勻地將低鈷細(xì)晶混合料粒包裹，從而制備出含團(tuán)粒的RTP，再通過成型和燒結(jié)工藝制備出網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金。

綜上所述，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金中團(tuán)粒在基體中分布的均勻性很大程度地決定于RTP中團(tuán)粒與基體混料的均勻性。因此，RTP法制備網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金首要且關(guān)鍵的步驟是制備出團(tuán)粒與基體均勻混合的RTP。RTP再經(jīng)混合、干燥、壓制和燒結(jié)制備出網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金。制備技術(shù)流程如圖5所示。

圖5所示的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金制備技術(shù)流程中，團(tuán)粒的制備、（團(tuán)粒的預(yù)燒）及團(tuán)粒與基體的混合三個(gè)環(huán)節(jié)是該技術(shù)的核心，也是明顯區(qū)別于傳統(tǒng)硬質(zhì)合金制備技術(shù)路線之處。除國(guó)外報(bào)道有關(guān)于對(duì)團(tuán)粒預(yù)燒的描述外，國(guó)內(nèi)外報(bào)道中均沒有對(duì)該三個(gè)環(huán)節(jié)采用的手段進(jìn)行闡述。這雖對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)進(jìn)行了規(guī)避公開，但不利于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的推廣使用。團(tuán)粒的預(yù)燒是有必要的，其主要作用是使WC-Co合金球粒內(nèi)部粉末顆粒間產(chǎn)生燒結(jié)頸，獲得具有一定強(qiáng)度的團(tuán)粒，避免在后繼的混合和模壓成型過程中，團(tuán)粒被破碎和（或）產(chǎn)生變形，從而保證了團(tuán)粒球形結(jié)構(gòu)的完整性。

圖3 以WC-6Co熱噴涂球形團(tuán)粒為核心原料和以純Co為基體料制備的雙結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的顯微組織結(jié)構(gòu)[24]Fig.3 Micrographs of double cemented carbide with thermal sprayed shperical WC-6Co granules as core and with pure Co as matrix

圖4 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的微觀組織[20]Fig.4 Microstructures of cellular cemented carbide

圖5 RTP法制備網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金流程Fig.5 Flow chart of RTP method for fabricating cellular cemented carbides

3.3 共擠出法

美國(guó)密蘇里-羅拉大學(xué)[15-17，26]使用擠出法制備了功能設(shè)計(jì)的蜂窩結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金。其制造流程如圖6所示，簡(jiǎn)單描述如下：以WC-Co硬質(zhì)合金混合料或聚晶金剛石（Polycrystalline Diamond，PCD）為蜂窩結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的核心原料，以WC-Co硬質(zhì)合金、WNi-Fe、純Ni或純Co為基體原料，原料與熱塑性黏結(jié)劑混合后，使用擠出設(shè)備分別獲得纖維棒核心和半殼基體，再將殼與芯喂料按一定的擠壓比共擠成直徑纖維棒狀的絲，后切成標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度，扎成捆，保持單一取向性，再次擠壓成形為坯塊。通過熱解法除去黏結(jié)劑后，在1 240℃，840 MPa下快速全方位壓實(shí)進(jìn)行最終致密化獲得蜂窩結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金。

圖6 共擠出法制備單軸陶瓷纖維的示意圖[26]Fig.6 Schematic illustration of co-extrusion process for fabricating fibrous monolith ceramics

圖7 PCD-WC/Co復(fù)合材料的“蜂窩”結(jié)構(gòu)三維顯微照片[26]Fig.7 The three dimensional micrograph of a honeycomb-structured PCD-WC/Co composite

典型的蜂窩結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金顯微結(jié)構(gòu)如圖7[26]所示。從圖中可以看出，這種結(jié)構(gòu)與雙結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金有較大不同，即蜂窩結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金顯微結(jié)構(gòu)為直徑相同的纖維棒狀核心均勻分布在基體中，為各向異性結(jié)構(gòu)；而雙結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的三維顯微結(jié)構(gòu)則為大小不一的球形團(tuán)粒均勻分布在基體中，為各向同性結(jié)構(gòu)。然而，如圖8所示，從垂直于纖維棒狀核心排布方向的二維截面顯示為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[15]。

圖8 WC-6%Co核心均勻被50%W-Ni-Fe基體包覆的組織結(jié)構(gòu)[15]Fig.8 Structure of WC-6%Co cells surrounded by 50%W-Ni-Fe cell boundary

4 材料成分及力學(xué)性能

在幾乎所有報(bào)道中，科研人員對(duì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金核心的選材方面基本上選擇硬度較高的WCCo硬質(zhì)合金或PCD，但在基體選材方面則呈現(xiàn)多樣化的觀點(diǎn)。另外，針對(duì)使用不同的材料和技術(shù)制備出的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的性能研究也有較大差異。

Fang Z G 等[12，24]以 WC-6Co硬質(zhì)合金球粒為硬質(zhì)團(tuán)粒原料，以不同體積含量的Fe-Ni-Co合金和純Co粉末為基體原料，采用RTP法制備出礦用雙結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金，它們的硬度HRA、斷裂韌性和耐磨性如表1所示。從表中可以，這種以韌性較好的Fe-Ni-Co合金和純Co為基體的雙結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的斷裂韌性高，均大于22 ksi/in1/2，然而，其硬度HRA均小于80，耐磨性均為2 000 rev/cm3。這種成分設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是以增加粘結(jié)相的平均自由程來提高斷裂韌性，但犧牲了硬度和耐磨性能。此類雙結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金不能夠滿足各種堅(jiān)固性系數(shù)巖層對(duì)鉆齒的技術(shù)要求。

隨后，美國(guó)Liang D B等在Fang Z G等的專利公開基礎(chǔ)上又公開了另一專利[13]。這兩件專利使用一樣的方法制備礦用雙結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金，所不同的是，Liang D B等在韌性金屬或合金中添加了粗晶WC，以增加雙相結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的耐磨性。粗晶WC最優(yōu)添加量占基體總重量的10%～50%，均低于傳統(tǒng)地礦硬質(zhì)合金中WC的含量（80%～94%）。表2顯示了部分典型的添加粗晶WC對(duì)基體和雙相結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金力學(xué)性能的影響結(jié)果。從表中可以看出，粗晶WC的添加對(duì)雙相結(jié)構(gòu)硬質(zhì)的干砂耐磨性、高應(yīng)力耐磨性和抗彎強(qiáng)度及基體的合金硬度均有較大程度的提升作用，并且粗晶WC的添加增加，這些力學(xué)性能提升幅度更大。

張顥[14]于2010年在國(guó)內(nèi)首次公開的專利均以WC-Co類硬質(zhì)合金為團(tuán)粒和基體的原料制備礦用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金球齒。團(tuán)粒Co含量設(shè)計(jì)為3．5%～6．0%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），TaC 含量設(shè)計(jì)為＜2．0%，矯頑磁力為12～18 kA/m（WC為中晶粒），硬度HRA較高（90～92）；基體 Co含量設(shè)計(jì)為 6．6%～10．0%，TaC含量設(shè)計(jì)為＜1．0%，矯頑磁力為 7～11．8 kA/m（WC 為中粗晶粒），硬度 HRA 較低（87～89．5）；采用RTP法制備網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金（團(tuán)粒含量為70%～90%）的矯頑磁力為11～15 kA/m，硬度HRA處于團(tuán)粒和基體之間（88．5～91．0）。

表1 4款雙結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金成分及對(duì)應(yīng)的力學(xué)性能[12]Tab.1 Components of four double-cemented carbides and their mechanical properties

表2 添加粗晶WC對(duì)基體和雙相結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金力學(xué)性能的影響結(jié)果[13]Tab.2 Effect of coarse grain WC addition on mechanical properties of matrix and dual phase cemented carbide

張顥[18]于2011年再次公開了一件類似的專利，所不同的是采用了WC-30 Ni硬質(zhì)合金為基體原料，并控制 Ni：（Ni+Co）≥53．6%制備網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金地礦釬片。這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的硬度HRA和抗彎強(qiáng)度均處在團(tuán)粒和基體之間，能夠更加靈活地通過成分調(diào)控力學(xué)性能。

鄭清藝[28]以WC-15 Ni（WC晶粒度為0．3 μm）為基體原料，以WC-10 Ni（WC晶粒度為1 μm）為團(tuán)粒原料，以Ni完全取代Co制備了WC-Ni網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金，并開展了團(tuán)粒含量對(duì)WC-Ni網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金維氏硬度和斷裂韌性的影響研究，結(jié)果如圖9所示。WC-Ni網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金維氏硬度和斷裂韌性分別隨著團(tuán)粒含量的增加而呈現(xiàn)降低和增大的趨勢(shì)。此外，作者還發(fā)現(xiàn)，團(tuán)料/基體界面附近，Ni相呈連續(xù)梯度分布。

圖9 團(tuán)粒含量對(duì)WC-Ni網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金維氏硬度和斷裂韌性的影響[28]Fig.9 Effects of granule content on hardness and toughness of WC-Ni cellular cemented carbides

張顥等[20]探索了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金抗彎強(qiáng)度的影響因素。結(jié)果表明：網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度隨著基體強(qiáng)度的增大、孔隙度的降低、團(tuán)粒分布均勻性的改善和表面凹陷的減少而提高。作者較詳細(xì)闡述了孔隙度可以通過加壓燒結(jié)而改善，表面凹凸是由于團(tuán)粒與基體的收縮規(guī)律等方面導(dǎo)致，但在網(wǎng)狀合金的致密機(jī)理、團(tuán)粒與基體均勻性影響因素等方面未進(jìn)行討論。

此外，張顥等認(rèn)為：團(tuán)粒的強(qiáng)度和混合比例對(duì)抗彎強(qiáng)度影響較小。團(tuán)粒強(qiáng)度與團(tuán)粒WC晶粒度和Co含量直接相關(guān)，混合比例也顯著影響網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金整體的晶粒度和Co含量。因此，無論從Hall-Petch理論還是Co平均自由程角度分析，團(tuán)粒的強(qiáng)度和混合比例對(duì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金確有較大影響。

網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的團(tuán)粒/基體界面存在兩個(gè)較大的問題：（1）孔隙容易聚集之處[20，23]。團(tuán)粒和基體的化學(xué)狀態(tài)不同，收縮系數(shù)也有差別，導(dǎo)致收縮不一致而在界面處形成孔隙和孔洞。孔隙和孔洞處應(yīng)力集中將嚴(yán)重降低網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的強(qiáng)度和韌性。（2）鈷相分布控制問題[22]。由于液相燒結(jié)過程中產(chǎn)生的毛細(xì)管力導(dǎo)致Co相快速擴(kuò)散而造成團(tuán)粒與基體Co相梯度消失甚至團(tuán)粒中Co含量高于基體的結(jié)果。這與網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的“低Co細(xì)晶團(tuán)粒、高Co粗晶基體”的設(shè)計(jì)理念相悖。

5 結(jié) 語

國(guó)內(nèi)外科研工作者均將網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的應(yīng)用領(lǐng)域指向礦產(chǎn)勘探、能源開采及工程建設(shè)等鉆鑿工具。鉆鑿用硬質(zhì)合金占硬質(zhì)合金總產(chǎn)量從2006年的25%增長(zhǎng)到2016年的33%。而且近兩年一直穩(wěn)步增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2023年，地質(zhì)礦山工具對(duì)硬質(zhì)合金的年需求量將達(dá)到1萬t左右，市場(chǎng)前景廣闊。

株洲硬質(zhì)合金集團(tuán)有限公司2012年建立了一條年產(chǎn)200 t的網(wǎng)狀合金生產(chǎn)線，截止到2017年上半年，累計(jì)完成產(chǎn)量850 t，說明其實(shí)際產(chǎn)量低于生產(chǎn)線設(shè)計(jì)產(chǎn)能，并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于地礦用硬質(zhì)合金的需求量?；趹?yīng)用現(xiàn)狀及市場(chǎng)需求而產(chǎn)生的矛盾，分析其原因有三個(gè)方面。

（1）理論研究不深入，增韌機(jī)制和服役工況下的失效機(jī)制等尚不明確，實(shí)際生產(chǎn)過程中，難以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)狀合金的組織結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（2）制備技術(shù)尚不成熟，制備流程較長(zhǎng)，成本偏高，制備的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金產(chǎn)品普遍存在穩(wěn)定性差、孔隙缺陷超標(biāo)、外觀質(zhì)量差等問題。

（3）應(yīng)用推廣及宣傳不到位，提高客戶接納程度尚需要一定的時(shí)間。

綜合上述問題，筆者認(rèn)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金在未來的研發(fā)主要集中在以下五個(gè)方面：

（1）深入開展增韌機(jī)制研究；深入開展網(wǎng)狀合金力學(xué)性能影響因素與機(jī)理研究；深入開展界面Co相擴(kuò)散（遷移）動(dòng)力學(xué)研究，實(shí)現(xiàn)Co相連續(xù)擴(kuò)散可控；深入開展界面對(duì)力學(xué)性能影響機(jī)理研究；深入開展動(dòng)載荷下的力學(xué)性能研究；面向各種服役工況，開展礦山鉆掘失效研究等。

（2）優(yōu)化現(xiàn)有制備技術(shù)工藝，加強(qiáng)開展材料成分、組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究，實(shí)現(xiàn)組織結(jié)構(gòu)可控，進(jìn)一步提高團(tuán)粒的分布均勻性，進(jìn)一步提升網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的致密化和外觀質(zhì)量。

（3）開發(fā)出與現(xiàn)有硬質(zhì)合金生產(chǎn)線契合度大的新技術(shù)工藝，進(jìn)一步提高網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金產(chǎn)品性價(jià)比。

（4）加強(qiáng)新型號(hào)開發(fā)，聯(lián)動(dòng)下游行業(yè)（如鉆具研發(fā)與制造）和終端用戶，擴(kuò)大應(yīng)用開發(fā)的范圍，特別是復(fù)雜地礦、高硬巖層、深海鉆探等極端工況的應(yīng)用開發(fā)。

（5）建立質(zhì)量控制體系、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)等。