李 通，向 杰，陈 磊，李 超，黎 松，邹建新，2

(1.成都工业学院材料与环境工程学院，四川 成都 611730；2.模具技术四川省高校重点实验室，四川 成都 611730)

硬质合金具有很高的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性，被誉为“工业牙齿”，用于制造切削工具、刀具、钻具、模具和耐磨零部件等，广泛应用于军工、航天航空、机械加工、冶金、石油钻井、矿山工具、电子通讯、建筑等领域。硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的，是一种以微米级难熔金属化合物(WC，TaC，TiC，NbC等)粉末为基体，并引入过渡族金属(Co,Fe,Ni)为烧结粘结相，通过调整材料体系配方，压制成型，并在一定保护气氛下经高温烧结等粉末冶金方法制得的合金材料[1]。

川渝地区制造产业联盟发展是国家战略布局，四川省提出了“5+1”发展战略，智能制造是四川省六大支柱产业之一，装备制造和先进材料分别排列第二、第四位，大国重器离不开具有“工业牙齿”美誉的硬质合金材料，“工欲善其事，必先利其器”，硬质合金产业与技术对四川省装备制造业起着重要支撑作用[2,3]。本文研究了川渝两地硬质合金的生产、技术现状及存在问题，分析了其产业发展趋势。

1 川渝地区硬质合金产业状况

湖南和四川是我国两大硬质合金生产大省，经过多年的发展，在湖南和四川造就了以株洲硬质合金集团和自贡硬质合金有限公司为代表的一大批中小型硬质合金材料生产企业。川渝地区现共有硬质合金生产企业165家(不含纯贸易、纯研发类)，约占全国1/2，其中四川100家，重庆65家。2019年川渝两地硬质合金产能约为1.2万吨，产量约为0.9万吨，硬质合金深加工产品产量占合金总产量的1/3，所生产的硬质合金产品品种基本齐全，规格型号超过4万个，产量和品种基本能满足国内各经济领域的需求[4,5]。

四川地区硬质合金生产企业主要集中在成都、自贡两地。四川的代表性企业有：成都成量集团、自贡硬质合金有限公司及四川科力特硬质合金股份有限公司等，如表1所示。其中自贡硬质合金公司是主要硬质合金企业，集原料、加工、产品等一体。重庆的代表性企业有：重庆科特硬质合金工具有限公司、重庆台玛硬质合金有限公司及重庆翔锋工具制造有限公司等，如表2所示。

表1 四川硬质合金代表性生产企业

表2 重庆硬质合金代表性生产企业

2 川渝地区硬质合金生产工艺与装备技术状况

2.1 钨基与钛基硬质合金生产技术共存

作为传统生产方法的WC基硬质合金仍然占据主导地位，但随着钨资源的紧缺和价格飙升，钛基硬质合金的生产呈现出蓬勃发展势头。目前企业主要在两方面着手：一是提高现有钨基硬质合金的使用效率和寿命，二是发展钛基硬质合金取代钨基硬质合金。对于第一条途径，目前最有效的技术是制取超细晶粒钨基硬质合金(已被列入国家战略性新兴产业新材料领域))。对于第二条途径，依托国内丰富的钒钛资源，已制备出性能不低于甚至优于钨基硬质合金的钛基硬质合金新材料。如四川美奢锐新材料有限公司、四川科力特硬质合金有限公司开始重点生产钛基硬质合金，其生产的Ti(C,N)基硬质合金刀具，耐磨性、被加工工件的尺寸精度和表面质量都优于用WC或TiC基硬质合金刀具所加工的工件，只是Ti(C,N)的冲击韧性稍弱于WC-Co硬质合金[6]。

2.2 关键工序生产技术有所改观或取得明显进步

(1)碳化钨粉末质量稍显提升，但变化不大

尽管企业已尽力改进粉末冶金工艺，粉末原料质量指标有所改观，但没有出现实质性品质提升。区域内多数钨粉末和碳化钨粉产品质量仍然不高，只能用于生产中低档硬质合金。所生产的低附加值硬质合金产品，难以满足不断增长的高端市场需求，导致低端过剩高端不足的结构性矛盾。

(2)刀具涂层技术取得明显进步

为满足零件加工高速、高效和高精度的需求，涂层刀具上升势头强劲，涂层技术也因此不断进步，日趋复杂化、多样化，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，涂层数也从几层增加到十几层[7]。

(3)功能梯度材料技术开始应用

硬质合金的硬度和韧性是一对矛盾，两者的高度统一是生产者追求的目标。为解决该矛盾，功能梯度材料技术被引入硬质合金生产中。在可控气氛下烧结或熔体渗透以达到粘结相的分布按需呈梯度结构，从而获得硬度与韧性的统一。该技术已越来越多地应用于凿岩工具、顶锤、涂层刀片基体生产，使得表面WC相对富集或者WC颗粒向中心迁移，合金的性价比明显提高。

(4)超细和纳米硬质合金得到开发

基于集成电路集成度的高速发展，微米级的微细加工需求凸显，使得超细、纳米材料技术迅速进入了硬质合金生产领域。纳米级WC-Co复合粉末以及其它难熔金属碳化物制备、固溶体制粉技术、纳米级硬质合金烧结技术、纳米涂层合金技术等已在川渝区域内企业获得开发，并已应用于生产[8]。

(5)净成型技术已获得推广应用

包括高精度模压技术、注射成型技术、挤压技术、粉末轧制技术、粉浆浇注技术在内的硬质合金净成型技术发展很快，已在川渝两地获得推广应用。该技术可制备出形状复杂且接近最终尺寸的产品，在整体螺旋铣刀、整体球形铣刀、整体合金钻头，特别是在装饰用硬质合金，如表链、表壳、钩鱼坠子、产品标牌等领域的应用越来越广泛。

(6)计算机集成技术开始应用于硬质合金制备

从产品设计、加工制造、物资供应、质量保证，到产品销售等各环节，形成自动化、最优化的计算机制造系统，是智能制造的要求，可实现传统的人工装卸舟皿、压制、半检、干燥、烧结等工序上的操作智能化，使产品精度、材料性能的稳定处于受控状态，从而提高产品质量和生产效率。该集成技术已在川渝地区少数厂家开始试运行，有望逐渐获得推广。

2.3 装备技术实力增强

近年来，随着沿海地区制造业向西部省市的迁移，川渝地区硬质合金生产装备取得明显进步，如压力机采用了先进的TPA压力机，烧结工序使用了脱蜡烧结一体化炉、气压烧结炉等[9]。

在成型设备方面，精度低的杠杆式压力机和凸轮式压力机已全部淘汰，精度高、性能好、功能多的双向自动压力机得到广泛应用，尺寸、单重较大及量少的产品仍采用油压机一次成型，形状较复杂的产品采用了车床、钻床等半成品加工设备，以保证成型。

在烧结设备方面，已基本淘汰氢气烧结炉及GCA型卧式普通真空烧结炉，普遍采用了脱蜡烧结一体化炉、气压烧结炉，以提高产品质量，生产超细合金等高档次产品。

在加工设备方面，已广泛采用内圆磨床、无心磨床、平面磨床、普通卧式车床及万能工具铣床等设备对烧结成品进行加工处理，以满足客户需求。

在检验检测设备方面，已广泛采用合金四项性能检测仪、金相检测仪及线切割机等设备。通过改进试验开发设备及质量检测设备，增强了生产过程的质量控制水平及高新产品开发能力[10]。

2.4 研发平台初具规模

市场竞争倒逼企业技术创新，川渝地区企业内部研发平台逐渐开始筹建，为企业技术革新提供了内生动力。区域联盟研发平台正在深化推进效率策略。自2013年底成立的“四川省硬质合金工程技术研究中心”依托自贡硬质合金有限公司及四川轻化工大学等高校，已逐渐发挥了技术创新联盟的作用。四川大学、成都工业学院、攀枝花学院等高校重点实验室也与业内企业多方合作，推动了以Ti(C,N)为代表的硬质合金发展。如四川美奢锐新材料有限公司联合湖南工业大学，新建了Ti(C,N)硬质合金生产线。基于研发平台的支撑，目前，川渝地区硬质合金企业已实现专业化生产纳米超细硬质合金、细晶粒合金、中晶粒合金、粗晶及超粗晶合金、涂层硬质合金、网状结构合金、梯度结构合金等产品，品种规格近10万个。

3 川渝地区硬质合金生产存在的问题

(1)中低端产品产能过剩，高端产品尚需进口

川渝地区硬质合金产品的竞争力不强，高端硬质合金需求进口率仍然较高。同时硬质合金产品的出口主要凭借数量和低价优势，产品集中在中低端，而高端及高附加值硬质合金及其工具出口量占比很小。一方面川渝地区硬质合金产能利用率不到70%，另一方面高端制造先进加工业用高端刀具尚要进口。

(2)企业规模与技术实力亟待提升

川渝地区硬质合金产业存在企业规模较小，产业集中度不高的问题。同时，科技投入也较少，缺乏高端技术人才，技术研发能力较弱，硬质合金企业在科技方面的投入不到销售收入的3%，科技研发水平不高，原创性核心技术成果较少。此外，产品质量水平较低，产品结构有待调整。生产企业虽有165家，贸易类企业也有100余家，但多数厂家年产能也就千余吨，还有不少百余吨的小企业。规模的小型化造成技术创新力单薄，恶性竞争也时有发生。

(3)装备水平不高

近年来，川渝地区硬质合金生产装备虽然有所大型化、先进化，但与国外知名企业相比，仍然档次不高，差距较大。应用于硬质合金研发和生产的高档专用设备主要依赖进口，国产同类设备还有一定的差距，有能力购置进口设备的厂家不多，即使是区域内的自贡硬质合金有限公司、四川成量集团等大厂，也因多种原因造成先进设备应用的数量有限，给研发和生产带来一定困难。

(4)基础理论研究不足

国外硬质合金技术发展迅速，与其扎实、深入的基础理论研究分不开。川渝地区在这方面的研究相较国内尤为薄弱。尽管企业或多或少也设立了自身的研发机构，并成立了以自贡硬质合金有限公司为依托的“四川省硬质合金工程技术研究中心”，也有四川大学等高校从事硬质合金研究，但存在科研投入不足、研发队伍不强、产学研结合不紧密等问题，造成硬质合金科技理论认识不足，应用不到位。

4 川渝地区硬质合金生产展望

(1)高端产品需求强劲

虽然目前川渝两地硬质合金低端产品产能利用率不足65%，整体供大于求，但是相关行业的高端产品市场需求仍然强劲。随着川渝地区智能制造的发展，IT产业精加工的诉求，小型化、高精度、高强度工模具合金呈现量增价高的发展态势[11]。

(2)做强做精硬质合金产业

虽然川渝两地硬质合金生产企业占据了国内的半壁江山，达到165家，堪称数量众多，但小规模、低水平特征明显。整合、重组现有企业，扩展规模势在必行，应利用好现有机遇，由政府部门及行业牵头，鼓励中小企业兼并联合、重组联盟，力争形成3～5个2000～5000t/a产能的硬质合金“航母”，实现数十年来业界期盼的川渝地区硬质合金由大转强的战略转变。对于一些小型企业，应多方鼓励生产特优产品，避免中低档、同质化竞争，以特色换市场。

(3)调整产品结构，开展硬质合金产品内部供给侧改革

重点研发高附加值的深加工产品，进一步优化产品结构，加大技术改造力度，全力推动硬质合金产品向精深加工方向发展，提升产业竞争力，满足国内外重大工程需要。推动硬质合金切削材料向涂层刀片、精密切削工具方向转变，硬质合金采掘合金向采掘工具配套方向发展，硬质合金耐磨材料向深加工配套方向发展，力促产业升级换代，尽快实现硬质合金产品系统内供给侧改革。

(4)加强科技创新，大力开发高品质新产品

依托省内外硬质合金国家重点实验室、粉末冶金国家重点实验室、国家钨材料工程技术研究中心、四川省硬质合金工程技术研究中心及川渝两地高校实验室等科技平台，着力突破高端产品市场。开展温压复合成型、全致密化烧结、多层纳米复合涂层及定向控制、梯度复合结构材料服役行为及性能表征等关键技术研究。重点突破高纯、超细及纳米结构晶界界面效应及缺陷控制技术、超粗及结晶完整结构、梯度结构、非均匀复合结构、硬质合金及金刚石复合、硬质耐磨材料及钢基体复合、聚晶材料复合、高强度耐腐蚀硬质合金、高硬度与高韧性功能结构一体化材料制备及硬质材料精深加工和表面喷涂等工艺技术。

在基础理论方面，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，切实提高新产品的自主开发能力；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，迅速形成有知识产权的高性能精密切削刀具系列产品。

(5)高度重视废旧硬质合金的回收利用

由于钨资源的战略短缺，废钨利用亟待获得川渝企业重视。通过废旧硬质合金经电解、锌溶等工艺技术回收的碳化钨、草酸钴等原料再加工生产的低端领域用硬质合金产品力争达到1kt/a以上，不低于总量的15%。只有废钨资源得到合理利用，才能向部分企业提供性价比合理的硬质合金产品，同时也能提高硬质合金生产企业的经济效益[12]。