硬质合金材料除了在切削领域扮演着重要角色之外，在挖掘以及钻探行业也有着较为广泛的运用。矿用硬质合金的主要产品就是硬质合金球齿。其通过装配在矿用工具上利用钻压以及自身旋转所产生的冲击载荷破碎岩石。在凿岩过程中，钻头不但需要经受高频冲击载荷，还需要承受扭转、弯曲、拉伸以及压缩等多种复合应力的作用以及在高速回转碰撞的环境下经受岩石、矿水等工作介质的磨损与腐蚀。因此，矿用硬质合金工具对耐磨性以及韧性都有着极高的要求。

目前矿用硬质合金主要发展趋势包括双晶结构、双粘结相结构、蜂窝结构以及低钴粗晶硬质合金三类。双晶结构硬质合金也被称为非均匀晶粒硬质合金，由于其在WC晶粒分布曲线上具有两个峰值，故又被称为双峰结构硬质合金。其中粗晶WC结构提供良好的塑性与韧性，一定比例的细晶WC则提供高的耐磨性；双粘结相结构硬质合金与普通结构硬质合金相比在显微结构设计方面具有更大的自由度（包括硬质相尺寸、硬度、韧性、体积率以及基体的强度与韧性）。其可通过显微结构和性能的单独控制来匹配所需的各项性能；蜂窝结构硬质合金是通过成分结构与性能设计，使合金中既有低钴细晶组织，又有高钴粗晶组织且呈蜂窝结构；低钴粗晶硬质合金的结构设计原理是：WC晶粒较粗，比表面积较小，使合金中Co层增厚，从而提高合金的冲击韧性；合金中Co含量的减少及WC含量的增加，使得合金的耐磨性提高。

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在TIG焊（钨极惰性气体保护焊），钨电极在大电流、氩气保护效果不好的情况下容易发生凸缘现象，即在电极尖端附近出现凸缘或者圆环（rim）。rim会阻碍氩气的流动和电极表面稀土氧化物的迁移，加剧电极的烧损，破坏电极的稳定性。

在相同条件下，对W-La₂O₃、W-Y₂O₃和W-CeO₃三种电极进行rim试验，W-CeO₂最早出现rim，其次是W-Y₂O₃，最后是W-La₂O₃。另外，氩气流量、电弧长度也会对rim产生一定的影响。

氩气流量的影响：试验中，电极弧长为3mm，电流为160A，起弧电压为76V。通过改变氩气的流量发现，氩气流量越小,rim出现的时间越短。

电弧长度的影响：试验中，氩气流量为3L/min，电弧电流为160A，电弧电压为76V。通过改变电弧的长度发现，电弧长度越长，rim出现的时间越短。

观察电极的SEM照片发现，电极从尖端后根部被分为3个区域，A区域粗糙，B区域光滑，C区域粗糙。而rim出现的位置一般在C区域与B区域之间。这个区域枝晶结构，说明rim的长大方式是以枝晶方式进行的。

在电弧燃烧的过程中，在电弧和电阻热的共同作用下，电极表面的钨一方面会出现熔化和蒸发，另一方面会发生重结晶，通过枝晶的长大方式从电极表面向外部生长。在C区域，由于钨重结晶长大的速率大于钨熔化和蒸发的速率，因此会出现rim现象。另外一方面，焊接过程中虽然有氩气保护，但是还是存在少部分氧化性气体杂质，加上空气中氧分子的侵入，电极表面的钨会在温度较低的C区域氧化生成钨的氧化物。这些氧化物在高温下会发生分解，在重结晶枝晶上沉积，最终形成了rim。

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随着难加工材料越来越多以及数控机床的普及和发展，对于切削工具要求也越来越高，尤其是在对切削精度、切削效率、可靠性以及专用化等方面。传统刀具材料已经难以满足现代制造业提高效率和降低成本的需要，硬质合金材料因其独特而优异的性能逐渐在切削领域占据了主导地位。硬质合金材料主要由硬质相WC以及粘结相Co构成，WC相主要负责贡献耐磨性，而Co相则承担则增强韧性的角色。但是，耐磨性与韧性是一对难以协调的矛盾，耐磨性强则相应的韧性变弱，反之亦然。为了平衡这一矛盾，相关研究人员也进行了深入的研究，通过强化粘结相、热处理、表面涂层以及功能梯度结构等方法制备出多种新型硬质合金，使其同时具备高韧性和高耐磨性。

目前硬质合金切削刀具主要发展趋势包括功能梯度结构、高钴细晶结构以及涂层硬质合金三类。功能梯度结构硬质合金是基于FGM（Functionally Graded Materials）原理，改变传统硬质合金微观结构的分布，使成分或组织在一维空间、二维空间甚至于三维空间形成梯度结构。其可显著提高刀具的切削效率以及延长刀具使用寿命；高钴细晶硬质合金，顾名思义就是含Co量较高，而晶粒度较细。细晶硬质合金的致密度、硬度及强度都显著高于普通晶粒硬质合金，再适当提升Co含量，不但能满足现代加工业以及特种应用领域对新材料的加工需要，尤其适用于制造高负荷、高应力磨损以及锐利的精密模具和工具；涂层硬质合金则是在原有基体上通过CVD（Chemical Vapor Deposition）、PVD （Physical Vapor Deposition）等方法沉积一层极薄的耐磨层，以提高基体的耐磨性。且该涂层可根据实际工作所要求的性能进行不同元素的组合添加，可以实现单层多元素以及多层涂层。

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随着科学技术的发展和人类环保意识的提高，近年来，人们研究了多种新型电极材料来代替钍钨电极。在60年代，苏联就开始新型材料的研制。中国在1973年，研制出了W-CeO₂电极材料。80年代后期，日本推出了系列的单元稀土电极，包括W-Y₂O₃、W-CeO₂和W-La₂O₃等。而复合稀土电极是在90年代推出的，通过添加多种稀土氧化物制得的复合电极具有优良的焊接性能。

HWCYL20钨电极的成分主要有0.4wt%La₂O₃,0.4wt%CeO₂和1.2wtY₂O₃和氧化钨。将三种稀土硝酸盐溶液与蓝钨粉末混合，干燥还原后，制得三元稀土钨粉末。再通过压制、烧结、锤锻、退火、拉丝和磨削制得不同直径的HWCYL20电极。

通过分析三元稀土钨粉末的SEM照片发现，粉末的Fisher粒度大约为1.7um，粒度较小，这主要是因为稀土元素有利于抑制钨晶粒长大。钨电极经过烧结后，稀土氧化物颗粒作为第二相均匀分布在钨基体中。稀土氧化物颗粒尺寸为1~2um。经过焊接后，电极中稀土氧化物颗粒尺寸没有发生明显的变化。

对比Ø1.6mm的HWCYL20电极和钍钨电极焊接性能发现，HWCYL20电极经过焊接测试后其尖端附近表面枝晶突起，损害了电极的起弧和焊接性能。在高倍镜下发现电极尖端表面形成了凹陷。而钍钨电极的尖端变钝，严重影响了电极的起弧性能，烧损严重。另外，HWCYL20电极的电子逸出功是2.76eV，烧损量是钍钨电极的50%。由此可知，HWCYL20电极具有较好的焊接性能。

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