鄭洛新自創區集群專項是圍繞鄭洛新三市的優勢主導產業集群發展和戰略新興產業培育，按照“省市聯動、共同實施、鏈條設計、示范帶動”的原則，突出重點產業、圍繞重點環節、依托重點企業組織實施的省重大科技專項，是加快推進鄭洛新國家自主創新示范區建設，提升重點產業集群核心競爭力，支撐全省制造業高質量發展的重要舉措。

這批集群專項包括智能傳感及物聯網、智能裝備、新能源汽車及動力電池、超硬材料及制品、新型藥物及醫療器械、先進功能材料、大數據與人工智能共7個專項、18個課題。

一、項目名稱

高性能碳化鎢及其硬質合金產品關鍵技術研究及產業化

1.專業領域：

超硬材料及制品

2.起止時間：

2020年1月——2022年12月

3.承擔單位：

洛陽金鷺硬質合金工具有限公司

4.項目總投入：

7000萬元

5.立項經費：

1700萬元

1、研究內容

鎢作為戰略稀有金屬，廣泛應用于民用、軍工和工業等領域，是現代工業、國防科技、電子信息、新能源、高端裝備制造和高新技術發展的重要支撐材料。硬質合金在鎢工業中被譽為“工業的牙齒”，是鎢產業的核心深加工領域。碳化鎢粉末是硬質合金的核心原料，然而，在這些原料和應用領域中，我國高性能、高穩定性產品制造的核心工藝機理、生產關鍵控制要素及方法尚不夠明確，能夠指導產品的應用測試評價方法依然處于起步階段。同時，由于硬質合金的生產過程屬于粉末冶金過程，其性能的提升，質量的管控需從原材料碳化鎢粉末開始，高穩定性、高性能的產品的生產需要先進的技術與裝備。

針對鎢產業鏈中存在的問題和不足，洛陽金鷺硬質合金工具有限公司為承擔單位，廈門鎢業股份有限公司、河南科技大學為項目合作單位，擬開展“高性能碳化鎢及其硬質合金產品關鍵技術研究及產業化”專項，重點設置四個課題研究方向，具體如下：

課題一、高性能碳化鎢粉體制備技術及產業應用

研究內容：

1、APT原料到鎢粉、碳化鎢粉體的全流程粉體制備工藝及優化；

2、高性能超粗碳化鎢粉制備高效篩分、粒度控制及雜質控制技術；

3、高性能碳化鎢粉的自動化加工設備技術的開發

4、高性能超粗碳化鎢粉制備關鍵工藝機理解析。

課題二、高性能碳化鎢基熱噴涂粉末產品關鍵技術研究及產業化

研究內容：

1、超高壓氣密封用和內孔近凈成型碳化鎢基熱噴涂粉末的開發；

2、超細晶超細粒度碳化鎢粉末的霧化成型、燒結和分選技術；

3、高硬度、低孔隙率及低表面粗糙度的涂層制備技術；

4、碳化鎢晶粒大小及其分布對涂層性能的影響。

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課題三、高性能超大規格硬質合金頂錘開發及產業化

研究內容：

1、大規格硬質合金頂錘產品組織均勻性及金相夾粗控制；

2、超大規格頂錘模具設計以及壓制工藝、一體化燒結技術優化

3、超大規格頂錘高效磨削和熱處理技術優化；

4、大規格硬質合金頂錘燒結過程的微觀結構演變。

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課題四、高端截齒產品開發及其工程化應用研究

研究內容：

1、鋼材與硬質合金的高強度連接技術的研發；

2、截齒產品的抗沖擊性能和硬度與熱處理工藝的研究；

3、具有自主知識產權的高端截齒產品生產線的開發

4、多維度截齒產品應用評價體系的建立；

5、熱處理工藝參數對截齒工作段和耐磨層硬度和焊縫強度的影響規律。

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二、研究目標

1、研究鎢粉、碳化鎢生產工藝，改善碳化鎢顆粒結晶完整性，提高其強度、硬度和耐磨性。

2、研究超粗顆粒鎢粉、碳化鎢生產工藝，改善粉末形貌和單晶顆粒粒度，提高硬質合金制品高溫硬度、抗沖擊韌性。

3、開發高溫還原、碳化設備，滿足超粗顆粒粉末生產工藝要求，生產工藝溫度提升50-100℃。開發高性能碳化鎢粉自動化加工設備，使加工效率提升30%以上。

4、突破超高壓氣密封用以及內孔近凈成型碳化鎢基熱噴涂粉體、制粒、噴涂、燒結等關鍵技術難題；

5、開發用于超大規格硬質合金頂錘的混合料，實現松比波動≤0.05g/cm3，滿足穩定化壓制要求；

6、實現大規格頂錘組織均勻，實現超大規格頂錘的自動化壓制，壓坯合格率≥99%；改造設備及夾具，實現一體化的高效磨削技術，磨削余量達到行業*水平，實現頂錘產品加工效率提升30%，實收率達到≥95.2%；

7、開發出*大直徑尺寸達到Ф240的超大規格頂錘，以匹配1000mm缸徑六面頂壓機;

8、突破截齒產品設計開發過程中的理論基礎、中試、工程化應用等過程的若干工藝技術難題，開發高性能截齒產品，建立全新的截齒產品性能評價體系和不同材料應用潛力的篩選方法，形成基于工程化應用的截齒產品系統測試方法。

三、技術指標

指標1：

合金大制品、地礦工具用高性能碳化鎢粉：Fsss:1.5-20um,Ct:6.10-6.18%,Cc≥6.10%

指標2：

超粗顆粒碳化鎢粉：Fsss:9-30um,Ct:5.80-6.20%,Cc≥6.08%指標3：

超高壓氣密封用碳化基熱噴涂粉：

粉末粒度：15-38μm

涂層硬度HV0.3≥1250

涂層硬度HV0.3極差≤200

涂層孔隙率≤0.5%

涂層通過著色探傷

指標4：

內孔噴涂用碳化基熱噴涂粉：

粉末粒度：2-10μm及5-15μm

涂層硬度HV0.3≥1200

涂層孔隙率：≤0.5%

表面粗糙度Ra：≤1.5um

指標5：

超大規格頂錘用碳化鎢粉：

顆粒形貌為球形，粒度分布1.4-1.6μm，游離碳含量≤0.05%，氧含量≤0.1%

指標6：

超大規格頂錘：

硬度HRA：90.8～91.8

密度：14.55～14.75g/cm3

抗壓強度：≥4.5GPa

抗彎強度：≥3500N/mm2

磁飽和：75%～94%

矯頑磁力：180～240Oe

孔隙度：A02B00C00

金相檢測：晶粒20μm以上0pcs/cm2；10μm以上≤2pcs/cm2

實收率≥95%

指標7：

高端截齒產品：

柱齒（SD1）系列焊縫整體焊縫率≥90%；蘑菇齒（SW6）、收腰齒（SD4）系列整體焊縫率≥80%；焊縫強度≥220MPa；頭部工作段硬度≥48HRC；沖擊韌性達到58J/cm2以上

四、研發投入

項目計劃總投入7000萬元，其中研發投入6515萬元。企業自籌5300萬元，省財政科技經費支持850萬元、市財政科技經費支持850萬元。

五、預期經濟社會效益

通過本項目的實施，在鎢、碳化鎢粉體制備產業中，將實現年產1000噸的高性能碳化鎢粉體生產能力，實現增值年收入0.2億元；在熱噴涂產業中，將實現年產500噸的高性能熱噴涂生產能力，實現年銷售收入1.2億元；在硬質合金產業中，將實現年產200噸的高性能硬質合金頂錘生產能力，實現年銷售收入0.6億元；在工程工具產業中，將實現年產60萬只的高端截齒生產能力，實現年銷售收入1億元。該項目的實施，將實現年銷售收入3億元，同時將全面推動洛陽市鎢產業發展，實現300億級鎢產品加工為支撐的特色產業化集群，取得良好的經濟效益。

六、項目目前進展情況

截止目前本項目已投入資金1816.23萬元，在碳化鎢粉體方面，完成了從APT原料到鎢粉、碳化鎢粉體的全流程粉體制備工藝及優化；在熱噴涂粉末方面，研究超細晶超細粒度碳化鎢基熱噴涂粉末的噴霧干燥工藝，實現-400目粉末含量超過85%，為批量化生產超細晶超細粉末提供保障。研究在不影響超細粉末顆粒強度的情況下的燒結溫度、保溫時間，避免粉末過燒結塊。通過氣流分級設備實現進料速度、進氣量、分級輪離心效率等調控，獲得超細粒度粉末的精準分級；在超大規格頂錘方面，采用高溫碳化工藝，制備高品質WC原料；通過高溫碳化使原料WC的粉末結晶度更加完善，減少粉末內部缺陷，提高WC晶粒強度，而且可以改善WC粉末粒度分布，控制WC原料的尺寸從而控制頂錘本體內部組織均勻性；在高端截齒方面，從焊料方面進行創新，開發對鋼材及合金均有良好潤濕性的高強度焊料，以此來大幅提高鋼材與硬質合金的連接強度。

本項目已突破4項關鍵技術，具體如下：

1、高溫、氣氛可控特種自動化技術開發

2、超細晶超細粒度碳化鎢粉末的霧化成型、燒結和分選技術

3、超大規格頂錘混合料生產工藝技術

4、鋼材與硬質合金的高強度連接技術

截止目前已申請專利4件，且已授權3件，分別為：

1、高硬度耐磨截齒，專利號：ZL202020577621.7；

2、一種頂錘磨削用固定工裝，專利號：ZL202021472339.9；

3、一種加工頂錘用輔助找正工裝專利號：ZL202021474567.X；

4、一種鑿巖釬頭的齒孔深度和露齒高度測量裝置，申請號：2021213254694；

另外兩件專利文稿正在處理中，近期將會受理。