郑洛新自创区集群专项是围绕郑洛新三市的优势主导产业集群发展和战略新兴产业培育，按照“省市联动、共同实施、链条设计、示范带动”的原则，突出重点产业、围绕重点环节、依托重点企业组织实施的省重大科技专项，是加快推进郑洛新国家自主创新示范区建设，提升重点产业集群核心竞争力，支撑全省制造业高质量发展的重要举措。
这批集群专项包括智能传感及物联网、智能装备、新能源汽车及动力电池、超硬材料及制品、新型药物及医疗器械、先进功能材料、大数据与人工智能共7个专项、18个课题。
一、项目名称
高性能碳化钨及其硬质合金产品关键技术研究及产业化
1.专业领域：
超硬材料及制品
2.起止时间：
2020年1月——2022年12月
3.承担单位：
洛阳金鹭硬质合金工具有限公司
4.项目总投入：
7000万元
5.立项经费：
1700万元
1、研究内容
钨作为战略稀有金属，广泛应用于民用、军工和工业等领域，是现代工业、国防科技、电子信息、新能源、高端装备制造和高新技术发展的重要支撑材料。硬质合金在钨工业中被誉为“工业的牙齿”，是钨产业的核心深加工领域。碳化钨粉末是硬质合金的核心原料，然而，在这些原料和应用领域中，我国高性能、高稳定性产品制造的核心工艺机理、生产关键控制要素及方法尚不够明确，能够指导产品的应用测试评价方法依然处于起步阶段。同时，由于硬质合金的生产过程属于粉末冶金过程，其性能的提升，质量的管控需从原材料碳化钨粉末开始，高稳定性、高性能的产品的生产需要先进的技术与装备。
针对钨产业链中存在的问题和不足，洛阳金鹭硬质合金工具有限公司为承担单位，厦门钨业股份有限公司、河南科技大学为项目合作单位，拟开展“高性能碳化钨及其硬质合金产品关键技术研究及产业化”专项，重点设置四个课题研究方向，具体如下：
课题一、高性能碳化钨粉体制备技术及产业应用
研究内容：
1、APT原料到钨粉、碳化钨粉体的全流程粉体制备工艺及优化；
2、高性能超粗碳化钨粉制备高效筛分、粒度控制及杂质控制技术；
3、高性能碳化钨粉的自动化加工设备技术的开发
4、高性能超粗碳化钨粉制备关键工艺机理解析。
课题二、高性能碳化钨基热喷涂粉末产品关键技术研究及产业化
研究内容：
1、超高压气密封用和内孔近净成型碳化钨基热喷涂粉末的开发；
2、超细晶超细粒度碳化钨粉末的雾化成型、烧结和分选技术；
3、高硬度、低孔隙率及低表面粗糙度的涂层制备技术；
4、碳化钨晶粒大小及其分布对涂层性能的影响。
课题三、高性能超大规格硬质合金顶锤开发及产业化
研究内容：
1、大规格硬质合金顶锤产品组织均匀性及金相夹粗控制；
2、超大规格顶锤模具设计以及压制工艺、一体化烧结技术优化
3、超大规格顶锤高效磨削和热处理技术优化；
4、大规格硬质合金顶锤烧结过程的微观结构演变。
课题四、高端截齿产品开发及其工程化应用研究
研究内容：
1、钢材与硬质合金的高强度连接技术的研发；
2、截齿产品的抗冲击性能和硬度与热处理工艺的研究；
3、具有自主知识产权的高端截齿产品生产线的开发
4、多维度截齿产品应用评价体系的建立；
5、热处理工艺参数对截齿工作段和耐磨层硬度和焊缝强度的影响规律。
二、研究目标
1、研究钨粉、碳化钨生产工艺，改善碳化钨颗粒结晶完整性，提高其强度、硬度和耐磨性。
2、研究超粗颗粒钨粉、碳化钨生产工艺，改善粉末形貌和单晶颗粒粒度，提高硬质合金制品高温硬度、抗冲击韧性。
3、开发高温还原、碳化设备，满足超粗颗粒粉末生产工艺要求，生产工艺温度提升50-100℃。开发高性能碳化钨粉自动化加工设备，使加工效率提升30%以上。
4、突破超高压气密封用以及内孔近净成型碳化钨基热喷涂粉体、制粒、喷涂、烧结等关键技术难题；
5、开发用于超大规格硬质合金顶锤的混合料，实现松比波动≤0.05g/cm3，满足稳定化压制要求 ；
6、实现大规格顶锤组织均匀，实现超大规格顶锤的自动化压制，压坯合格率≥99%；改造设备及夹具，实现一体化的高效磨削技术，磨削余量达到行业领先水平，实现顶锤产品加工效率提升30%，实收率达到≥95.2%；
7、开发出最大直径尺寸达到 Ф 240的超大规格顶锤，以匹配1000mm缸径六面顶压机;
8、突破截齿产品设计开发过程中的理论基础、中试、工程化应用等过程的若干工艺技术难题，开发高性能截齿产品，建立全新的截齿产品性能评价体系和不同材料应用潜力的筛选方法，形成基于工程化应用的截齿产品系统测试方法。
三、技术指标
指标1：
合金大制品、地矿工具用高性能碳化钨粉： Fsss:1.5-20um,Ct:6.10-6.18%,Cc≥6.10%
指标2：
超粗颗粒碳化钨粉：Fsss:9-30um,Ct:5.80-6.20%,Cc≥6.08%指标3：
超高压气密封用碳化基热喷涂粉：
粉末粒度：15-38μm
涂层硬度HV0.3≥1250
涂层硬度HV0.3极差≤200
涂层孔隙率≤0.5%
涂层通过着色探伤
指标4：
内孔喷涂用碳化基热喷涂粉：
粉末粒度：2-10μm及5-15μm
涂层硬度HV0.3≥1200
涂层孔隙率：≤0.5%
表面粗糙度Ra：≤1.5um
指标5：
超大规格顶锤用碳化钨粉：
颗粒形貌为球形，粒度分布1.4-1.6μm，游离碳含量≤0.05%，氧含量≤0.1%
指标6：
超大规格顶锤：
硬度HRA：90.8～91.8
密度：14.55～14.75g/cm3
抗压强度：≥4.5GPa
抗弯强度：≥3500N/mm2
磁饱和：75%～94%
矫顽磁力：180～240 Oe
孔隙度：A02B00C00
金相检测：晶粒20μm以上0pcs/cm2；10μm以上 ≤2 pcs/cm2
实收率≥95%
指标7：
高端截齿产品：
柱齿（SD1）系列焊缝整体焊缝率≥90%；蘑菇齿（SW6）、收腰齿（SD4）系列整体焊缝率≥80%；焊缝强度≥220MPa；头部工作段硬度≥48HRC；冲击韧性达到58J/cm2以上
四、研发投入
项目计划总投入7000万元，其中研发投入6515万元。企业自筹5300万元，省财政科技经费支持850万元、市财政科技经费支持850万元。
五、预期经济社会效益
通过本项目的实施，在钨、碳化钨粉体制备产业中，将实现年产1000吨的高性能碳化钨粉体生产能力，实现增值年收入0.2亿元；在热喷涂产业中，将实现年产500吨的高性能热喷涂生产能力，实现年销售收入1.2亿元；在硬质合金产业中，将实现年产200吨的高性能硬质合金顶锤生产能力，实现年销售收入0.6亿元；在工程工具产业中，将实现年产60万只的高端截齿生产能力，实现年销售收入1亿元。该项目的实施，将实现年销售收入3亿元，同时将全面推动洛阳市钨产业发展，实现300亿级钨产品加工为支撑的特色产业化集群，取得良好的经济效益。
六、项目目前进展情况
截止目前本项目已投入资金1816.23万元，在碳化钨粉体方面，完成了从APT原料到钨粉、碳化钨粉体的全流程粉体制备工艺及优化；在热喷涂粉末方面，研究超细晶超细粒度碳化钨基热喷涂粉末的喷雾干燥工艺，实现-400目粉末含量超过85%，为批量化生产超细晶超细粉末提供保障。研究在不影响超细粉末颗粒强度的情况下的烧结温度、保温时间，避免粉末过烧结块。通过气流分级设备实现进料速度、进气量、分级轮离心效率等调控，获得超细粒度粉末的精准分级；在超大规格顶锤方面，采用高温碳化工艺，制备高品质WC原料；通过高温碳化使原料WC的粉末结晶度更加完善，减少粉末内部缺陷，提高WC晶粒强度，而且可以改善WC粉末粒度分布，控制WC原料的尺寸从而控制顶锤本体内部组织均匀性；在高端截齿方面，从焊料方面进行创新，开发对钢材及合金均有良好润湿性的高强度焊料，以此来大幅提高钢材与硬质合金的连接强度。
本项目已突破4项关键技术，具体如下：
1、高温、气氛可控特种自动化技术开发
2、超细晶超细粒度碳化钨粉末的雾化成型、烧结和分选技术
3、超大规格顶锤混合料生产工艺技术
4、钢材与硬质合金的高强度连接技术
截止目前已申请专利4件，且已授权3件，分别为：
1、高硬度耐磨截齿，专利号：ZL202020577621.7；
2、一种顶锤磨削用固定工装，专利号：ZL202021472339.9；
3、一种加工顶锤用辅助找正工装专利号：ZL202021474567.X；
4、一种凿岩钎头的齿孔深度和露齿高度测量装置，申请号：2021213254694；
另外两件专利文稿正在处理中，近期将会受理。
