一、粘结相含量与类型对硬质合金管性能的影响概述
粘结相是硬质合金管中的关键组成部分，其作用是将高硬度的碳化钨（WC）颗粒粘结在一起，形成具有一定强度和韧性的复合材料。粘结相的含量与类型对硬质合金管的力学性能、抗腐蚀性能及高温性能均存在显著影响。在硬质合金管中，碳化钨的重量占比可达70%至97%，粘结金属含量可根据性能需求进行调整。钴（Co）是目前应用较为广泛的粘结金属，因其在液相烧结过程中对碳化钨颗粒具有良好的润湿性，能够有效消除残余孔隙，使烧结产品获得较高的强度与韧性。然而，钴在腐蚀性环境中存在优先溶解的倾向，这一问题限制了其在某些工况下的应用。采用镍（Ni）替代钴，或在钴中添加铬（Cr）、钌（Ru）等合金元素，可有效改善粘结相的耐腐蚀性能与高温稳定性。
二、粘结相含量对硬质合金管力学性能的影响
粘结相含量是影响硬质合金管力学性能的核心参数。粘结相比例提高时，管材韧性提升但硬度略有下降。根据材料技术数据，当钴含量从6%增加至15%时，硬质合金管的冲击韧性可从2.1 J/cm²提升至7.8 J/cm²，韧性改善较为明显，但同时硬度会从较高水平有所下降，耐磨性能相应降低。在WC-Co体系中，钴含量控制在10%至12%范围内时，可较好实现韧性与耐磨性的平衡，冲击韧性可达5至6 J/cm²。
对于不同钴含量牌号的硬质合金管，性能差异较为明显。Hyperion材料公司的产品数据显示，钴含量为6%的H6T牌号硬度约为1350 HV30，而钴含量为10%的C10C牌号硬度约为1050 HV30，钴含量为20%的C20C牌号硬度约为800 HV30。这表明钴含量较低的硬质合金管具有较高的硬度，适用于高耐磨要求的工况；钴含量较高的硬质合金管则具有较好的韧性，适用于承受冲击负荷的场合。
在抗弯强度方面，WC-20Co合金（钴含量20%）的抗弯强度可达2720 MPa，硬度约为934.41 kg·mm⁻²。这一研究结果表明，钴基硬质合金在力学性能方面具有较好的综合表现。
三、钴基粘结相的性能特征
钴是中钨智造生产设计的硬质合金管中应用较为广泛的粘结金属。根据材料特性分析，钴在液相烧结过程中对碳化钨具有良好的润湿性，能够形成较为理想的致密结构，消除残余孔隙，使烧结产品获得较高的强度与韧性。WC-10Co合金（90%碳化钨，10%钴）是典型的钴基硬质合金管材料，通过先进烧结技术可达99.5%以上的相对密度，平均晶粒尺寸约为0.3微米。
钴基硬质合金管在硬度与韧性方面具有较好的平衡性能。WC90/Co10合金的硬度约为2200 kg/mm²，断裂韧性约为9.8 MPa·m¹/²，能够在较高机械应力和热应力条件下保持性能稳定。这一性能组合使其在切削工具、钻探部件及磨损防护套管等领域具有应用价值。
在耐腐蚀性能方面，钴基硬质合金管存在一定局限。虽然WC-Co硬质合金对丙酮、氨水、乙醇、多数碱液及弱酸具有较好的抵抗能力，但在醋酸、甲酸、盐酸、氢氟酸、磷酸、硫酸等强酸环境中，钴相可能发生较快的溶解，导致材料性能下降。
四、镍基粘结相的性能特征
以镍替代钴作为粘结相是提升硬质合金管抗腐蚀能力的有效途径。镍基硬质合金（WC-Ni）在盐酸、硫酸等强酸环境中的耐腐蚀性能优于WC-Co硬质合金。这是因为镍在腐蚀环境中能够形成稳定的NiO钝化层，有助于阻止腐蚀介质与基体的进一步接触。在强氧化性酸环境中，镍基硬质合金管的腐蚀速率可控制在较低水平。
然而，镍基硬质合金在力学性能方面与钴基存在差异。研究数据表明，WC-20Ni合金（碳化钨80%、镍20%）的W在镍粘结相中的溶解度约为10.753%，导致WC晶粒尺寸较大，合金硬度相对较低。WC-20Ni合金在烧结过程中还可能出现石墨相（渗碳现象），影响材料性能。因此，在要求较高力学性能的应用中，通常需要对镍基配方进行优化调整。
镍基粘结相与钴基粘结相的耐腐蚀性差异与pH值存在关联。在pH值较低的强酸性环境中，钴基硬质合金的耐腐蚀性处于较差的水平，而镍基硬质合金则表现出较好的抗腐蚀能力；在pH值较高的碱性环境中，两者均表现出较好的稳定性。
五、复合粘结相与添加元素的影响
在钴基或镍基粘结相中添加铬（Cr）、钌（Ru）、铼（Re）等合金元素可进一步优化硬质合金管的综合性能。
铬的添加对提升硬质合金管的抗腐蚀性能具有显著作用。在粘结相中添加铬可在材料表面形成Cr₂O₃保护层，有助于抑制点蚀扩展。含铬的WC-Ni-Cr-Co硬质合金在侵蚀-腐蚀协同工况下表现出较好的抗蚀性能。2022年的研究表明，在钴基和镍基硬质合金中添加铬后，在无氯和有氯环境、无磨蚀和有磨蚀条件下均表现出提高的抗腐蚀性能；添加钌可进一步改善抗腐蚀能力。
在高温性能方面，采用镍基高温合金替代钴作为粘结相可提高材料的工作温度。Nimonic合金（约80%Ni、20%Cr及少量Ti和Al）对WC具有良好的润湿性，通过液相烧结制备的WC-Nimonic合金具有均匀致密的显微结构，其回火稳定性比WC-Co合金至少提高100℃。
钌的添加对改善钴基粘结相的高温性能具有一定效果。添加约20%的钌置换钴中的部分钴后，粘结相的六方结构稳定温度可从420℃提高至900℃。含钌硬质合金刀具的切削寿命可比WC-Co合金刀具提高约2倍，在铣削难加工材料时切削性能可稳定提高40%至300%。
铼的添加同样具有提升高温性能的效果。含铼硬质合金（Co-Re粘结相）在室温和高温下的强度与硬度均高于不含铼的合金，与被加工材料的粘附倾向明显较低，可提高刀具寿命一倍以上，加工效率可提升30%至50%。
六、粘结相类型对硬质合金管侵蚀-腐蚀协同性能的影响
在含有固体颗粒的腐蚀性介质环境中，硬质合金管的性能受粘结相类型的影响较为明显。研究表明，在硅砂-水浆料的侵蚀-腐蚀测试中，粘结相的成分不同会导致材料损失速率的差异。镍-铬-钴基硬质合金的侵蚀-腐蚀行为优于纯钴粘结相的产品。
这一差异可归因于铬在表面形成保护性氧化层的能力。在磨蚀条件下，含铬粘结相的硬质合金表现出较好的钝化膜再生能力，有助于在动态损伤条件下维持材料的完整性。
钨制品客制化定制
中钨智造科技有限公司及其母公司在钨钼制品行业长期耕耘近30年，专业从事钨钼制品柔性定制全球服务。中钨智造科技有限公司可以根据客户需求定制加工各类规格、性能、尺寸和牌号的钨钼产品。各种硬质合金产品详细资料请访问网站：http://www.tungsten-carbide.com.cn/Chinese/index.html
钨制品最新优惠价格
微信公众号“中钨在线”每日更新钨粉、钨酸铵等各类钨酸盐、钨制品、高比重钨合金、硬质合金、钨精矿等各类钨制品价格，同时提供业内最专业的微信群供大家交流供求信息，可以随时交流钨粉有关信息。关注“中钨在线”，加入中钨在线微信交流群体，每日钨制品价格、供求信息及时送达，实时交流。更多钨制品市场行情，产品与资料，敬请关注“中钨在线”微信公众号，或访问news.chinatungsten.com，www.ctia.com.cn 获取每日更新资讯。
联系信息: sales@chinatungsten.com
电话: +86 592 5129696 / 86 592 5129595
扫码关注“中钨在线”微信公众号，每早免费获取实时更新的钨钼稀土制品市场价格和资讯。
