硬質合金球齒的主要組成成分為碳化鎢（WC）和鈷（Co)，其具有很好的硬度、強度、較高的熔點、優良的耐磨性以及化學穩定性，因此其在石油開採以及地質鑽探等行業中有著廣泛的應用。硬質合金球齒是通過鑲嵌在鑽頭上，對岩層進行衝擊、旋轉、壓碎以及剪切來實現挖掘的作用。由於大部分的鑽井深度較深、挖掘長度較長，有的可能達到上千米，若球齒因磨損、斷裂或者其他原因發生失效，多次更換鑽頭就會嚴重影響整體的鑽井效率。因此，這也對硬質合金球齒的硬度和耐磨性提出了更高的要求。而其機械性能以及物理性能都取決於組織成分和結構，WC粉的原始性能，尤其是物理性能直接決定了硬質合金球齒的組織結構。WC粉末的品質與鎢粉還原工藝是密不可分的，為了得到優質的WC粉末，我們需要結合鎢粉還原工藝參數並進行優化，使硬質合金球齒的性能得到大幅度的改善。

首先，從WC粉末的製備過程入手，其基本流程是偏鎢酸銨APT（Ammonium paratungstate）→氫氣H2預還原→藍色氧化鎢→氫氣H2還原→鎢粉→加碳碳化→WC塊→破碎→過篩制粒→WC粉。通過實驗分析，在整個WC粉的製備過程中主要的影響因素包括溫度、料層厚度以及粒度分佈情況。溫度的控制是影響鎢粉還原的重要條件之一，良好的溫度控制有利於促進還原速率，利於鎢粉結晶的完成並且能有效消除鎢粉晶內的組織缺陷。但是若還原溫度過高會使得鎢粉晶發生團聚，鎢粉粒度分佈變寬，使得WC粉的粒度分佈也變寬。不均勻的WC粉粒度對硬質合金球齒性能會有一定的影響。

而料層的厚度也會影響鎢粉粒度以及其粒度分佈。理論上說，鎢粉還原時增加裝舟的料層厚度鎢粉顆粒會變粗；而反過來減少裝舟的料層厚度鎢粉粒度會相對較細。但是，往往在實際的生產中，厚的裝舟量會引起粉末粒度分佈變寬，特別是引起雙峰、多峰及尾峰。此外，粒度分佈不同的WC粉所生產的硬質合金球齒的硬度也會隨著粒度分佈變寬而顯著降低。其原因是粒度分佈較寬的鎢粉中會存在差異較大的粗細顆粒，這種差異在碳化的過程中會引起WC晶粒的不均勻長大，使得同一批粉末中既有粗大的單晶顆粒又有由細晶組成的多晶顆粒。當碳化溫度較低時，細顆粒以碳化完全，而粗顆粒並未完成完全碳化；當碳化溫度較高時，粗顆粒也發生了完全碳化，但是此時的細顆粒已經變成單晶併發生長大。生產硬質合金球齒時，使用單晶和多晶顆粒共存的WC粉，合金混合料破碎時間延長，單晶顆粒不易破碎或破碎一致性較差。壓制時壓制密度降低，且合金球齒在燒結時易出現晶粒的不均勻長大，嚴重時可能出現粗晶，是硬質合金球齒的硬度大幅降低。而採用單一的單晶或多晶顆粒均勻性較好的WC粉，混料濕磨的時間更短，顆粒易於破碎也更均勻。因此，通過優化鎢粉生產工藝，如控制還原溫度、碳化溫度、裝舟量等，生產出均勻的單晶或多晶的WC粉有利於改善硬質合金球齒的各項性能。

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鎢電極具有高熔點、高沸點、高強度、小熱導率和小高溫揮發性等特點，因此常作為不熔化電極應用於鎢極氬弧焊（TIG焊）中。純鎢電極的電子發射性能較差，通過摻雜稀土金屬改良得到的稀土電極具有良好的電子發射性能，且引弧容易，使用壽命長。

在焊接時，保護氣體不僅是焊接區域的保護介質，也是產生電弧的氣體介質。因此保護氣體的物理特性和化學特性不僅會影響到保護效果，也會對電弧的引燃、焊接過程的穩定以及焊縫的成型和品質帶來一定的影響。

用於氬弧焊的保護氣體主要有三種，包括氬氣、氦氣和混合氣體。其中使用最廣泛的是氬氣。氬氣是一種惰性氣體，不會和金屬發生化學反應，也不溶於金屬中。另外，氬氣的密度大於空氣，而比熱容和熱導率比空氣小，能較好的保護熔化的金屬不受空氣中的氧、氮、氫等有害元素和水分影響。這些特性都使得氬氣在焊接過程中表現出良好性能，不僅能起好保護作用，同時能夠穩定起弧。

氦氣也屬於惰性氣體，它的冷卻效果好，因此電弧能量密度大，弧柱細小而集中，同時焊縫具有良好的熔透率。但是氦氣的電離電位高、熱導率大，因此在焊接時引弧較為困難，能量損耗較大。一般情況下，多用於核反應爐的冷卻棒。大厚度鋁合金的焊接。

混合氣體是兩種惰性氣體按一定比例的混合，其中主要包括氬氣-氫氣混合氣體和氬氣-氦氣混合氣體兩種。在焊接過程中，混合氣體有利於提高電弧熱功率，增加焊縫的熔透性，提高生產效率。

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鎢銅材料具有良好的導電導熱性能以及優良的化學穩定性，但是其無法達到完全緻密化的問題一直是阻礙其推廣使用的因素之一。而這種不完全緻密化會在一定程度上影響鎢銅觸點材料的硬度、強度、耐磨性以及耐電弧燒蝕性能。為此相關研究人員也提出了壓力燒結、化學共還原法以及爆炸壓實法等特殊工藝來對鎢銅觸點材料的緻密度進行改善。但是這些工藝都存在著一定的缺陷，如運維成本較高、適用於體積較小的零部件等等。為了改善鎢銅材料性能，我們結合了高壓斷路器所使用的鎢銅觸頭，研究了HIP處理對於鎢銅材料的影響，並對其消除孔隙、影響緻密化的機理和相關影響因素進行研究。

HIP（Hot Isostatic Pressing）,即熱等靜壓工藝，其是將製品放置到密閉的容器中，向製品施 加各向同等的壓力，同時施以高溫,在高溫高壓的作用下，製品得以燒結和緻密化。熱等靜壓技術優點在於集熱壓和等靜壓的優點于一身，成形溫度低，產品緻密，性能優異，是高性能材料製備的必要手段；目前在美國，日本，已經歐洲都實現了產業化，在海洋，航空，航太，汽車等領域都有著較為廣泛的應用。在開始HIP處理前，混料時將鎢粉混入一定量的銅粉，冷等靜壓成型，進行低溫預燒結，通過熔滲銅得到半成品。其以氬氣作為傳壓介質，控制溫度（鎢錸熱電偶測量）、壓力、保壓時間等相關參數，對HIP處理前後的鎢銅觸點材料的硬度、密度、抗彎強度以及電導率進行測量比較。密度採用傳統阿基米德排水法；硬度採用的是洛氏硬度HRB並參照布氏硬度HB；抗彎強度按國標電觸頭材料基本性能試驗方法進行測定；電導率則採用渦流導電測試儀進行測定。

實驗結果表明，鎢銅觸點材料HIP的緻密化機制與鑄造合金的HIP處理相似，都是通過高溫高壓下出現的形變-閉合-擴散使得合金內部的缺陷被消除，從而實現完全緻密化。因此也要求HIP所得到的熔滲材料需具有良好的封閉性，所有內部缺陷、疏鬆等都不能與外表面連通。若熔滲時不能保證所有缺陷都封閉在坯料內部，則HIP處理後其密度變化很小，甚至沒有變化。此外，HIP處理的效果還與銅含量有關，當HIP的溫度達到接近於銅熔點的溫度時，其表面會出現滲出銅珠的現象。總的來說，HIP處理能夠使鎢銅觸點接近完全緻密化，極大地提升了鎢銅觸點材料的機械性能與物理性能，並能有效解決其分散性和可靠性的問題。

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