硬質合金頂錘簡介

金剛石是一種由純碳構成的自然界中最堅硬的礦物。其硬度極高、耐磨性優良，可以廣泛運用於切削、磨削、鑽探等行業。早在18世紀人們就開始了對人造金剛石的研究，但是直到上世紀才實現了人工制取金剛石的先例。而硬質合金頂錘就是生產人造金剛石裝置的重要組成部件，並且在金剛石合成的過程中承受高溫高壓的交變載荷，其壽命的長短直接決定著金剛石合成的生產成本。因此對硬質合金頂錘的性能有著極高的要求：1.高硬度及抗壓性能（HRA＞85，承壓5000MPa以上）；2.高強度以及高韌性（硬質合金頂錘在工作時斜面需承受較大的拉應力＞35kg/mm2）3.耐高溫和耐磨耐蝕性（在合成金剛石的過程中C元素轉變溫度約為2000℃，所添加的觸媒既要利於合成進行又不能與頂錘發生反應）。

適用於硬質合金頂錘的牌號包括YG6、YG8以及YG12x等。YG6類硬質合金，成分為94%WC + 6%Co，以中顆粒的WC粉和Co粉為主。較高的硬質相WC含量保證了硬質合金頂錘的抗壓性能要求。但是粘結相Co的含量較低在一定程度上影響了頂錘的抗拉強度，在金剛石合成的過程中容易出現開裂的情況。此外YG6類的硬質合金頂錘對於C含量的控制存在一定的困難，在合成過程中容易出現游離態的C或η相而影響頂錘的使用性能；YG8類硬質合金中含有92%的WC以及8%的Co屬於中顆粒硬質合金，其不但具有良好的抗壓性能，同時也具有良好的抗拉性能。具有較長的使用壽命，早期發生裂錘的情況較少；YG12x類硬質合金是一種細顆粒的硬質合金，在Co含量一定的情況下，WC的晶粒度越細則相應的密度、硬度以及抗壓強度等綜合性能都得到明顯的提升，是硬質合金頂錘材料中較為理想的一種。

人造金剛石的合成方法可以大體分為直接法和間接法兩種。其中直接法是採用暫態動態高溫高壓、靜態高溫以及二者相混合的技術將石墨等以C為原料的物質直接轉變為金剛石（其需滿足靜態下壓力＞13GPa，溫度達2000K且保溫時間＞1min；動態條件下，壓力＞20GPa）；而間接法是採用靜態高溫高壓技術將石墨或其他C質原料和特定金屬反應後獲得人造金剛石（轉變過程為石墨+熔融金屬或合金＜＝＞C原子+金屬原子或原子團＜＝＞金剛石+金屬或合金以及少量碳化物）。國內的人造金剛石合成行業主要以六面頂合成工藝為主，屬於靜壓觸媒法，而頂錘材料以YG8硬質合金為主。其基本原理是在六個面分別採用六個硬質合金頂錘，同時作用域由六面體的葉臘石所組成的高壓型腔上，使得型腔內的石墨在觸媒作用下通過高溫高壓轉變為金剛石。葉臘石是一種四面體層狀結構的含水鋁矽酸鹽，在合成過程中起著傳壓、密封以及保溫的作用；觸媒作用相當於催化劑，能夠有效促進金剛石的合成，並降低合成所需壓力的溫度，常見的觸媒材料為Ni70Mn25Co5合金。其頂錘直徑一般為φ80mm - φ40mm，密度為14.70-14.80g/cm3，硬度達HRA89.5左右，粒徑為中顆粒（2-3μm）。其燒結出的硬質合金頂錘使用壽命約為5000次左右，萬克拉消耗＞3kg。而相比國內金剛石合成同行業，國外的相關企業已經開始採用YG12x細顆粒硬質合金金剛石頂錘，其硬度普遍可達HRA90.5以上，抗彎強度達3000MPa，平均使用壽命超過了8000次，萬克拉消耗＜1.5kg。因此，通過細化晶粒，提高硬質合金頂錘的密度、韌性、抗彎強度，延長頂錘使用壽命，較少工作耗損，是一種硬質合金頂錘發展的必然趨勢。

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