金属陶瓷因其具有良好的硬度、耐磨性和高化学稳定性，成为制造业中不可 或缺的一部分。本文以典型的金属陶瓷应用材料硬质合金、Ti(C,N)基金属陶瓷与三元 硼化物基金属陶瓷为例，梳理金属陶瓷的研究现状。总结了金属陶瓷的陶瓷相、黏结 相组织特点，制备过程的机理，以及计算模拟在金属陶瓷中的应用。最后，对金属陶瓷 材料优化设计、新工艺、创新研究方法以及生产中产品质量问题解决策略等方面进行 了展望。

本文采用金相、扫描电镜及能谱分析方法，研究了WC-Co合金的立方相、再生合金的杂质相，对其进行识别和分析，并探讨了立方相的微观结构及其作用机理，为公司生产工艺控制提供数据支持。结果表明：在合金中加入的添加剂TaC、NbC等形成（Ta,Nb,W）C立方晶体碳化物的立方相，再生合金杂质元素构成含杂质元素的氧化物、氯化物的杂质相，利用SEM及EDS可以识别和分析合金中的立方相及杂质相。

用热质联用分析仪、X 射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪等研究了Ti(C,N)-5%TaC-50%Ni（质量分数，下同）和Ti(C,N)-10%TaC-50%Ni两种金属陶瓷的微观结构与性能随温度的演化过程。结果表明：白环与白芯在固相烧结阶段即开始形成，但二者的形成方式不同。烧结态的白芯与白环都是在液相烧结的早期阶段通过溶解-析出最终形成的。灰环会优先在白芯与白环上形成，同时形成部分无环结构。Ti(C,N)在高温稳定性的迅速降低是灰环含Ti量高于白环的原因。添加质量分数为5%TaC的金属陶瓷硬度随烧结温度升高快速增加至7 115 MPa，随后缓慢降低至6 791 MPa。

碳化聚合物点（CPD）由于其出色的选择性和敏感性，在过去 10 年中引起了很多人的关注。在这项研究中，首次使用一种简单的水热技术将钨掺入 CPD（W-CPD）。W-CPD的激发/发射最大值为365/454 nm，发射与激发无关，表现出蓝色荧光，其平均颗粒直径为 2.34 nm。由于 Fe³⁺ 和 W-CPD 之间存在动态淬灭关系， Fe³⁺ 含量与W-CPD荧光强度之间存在良好的线性关系检出限（LOD）为0.02 μM。并且这项技术能够快速检测饮用水中的 Fe³⁺，预计将降低人类摄入 Fe³⁺ 的风险。

本文在分析了现有内置式镗孔用减振刀杆的基础上，通过优化吸振器结构，设计了一种结构简单的内置吸振器的减振刀杆，通过模态测试与内孔切削试验等手段，对刀杆主体部件前端安装吸振器的空腔尺寸与减振刀杆抗振性能的关系进行了试验研究。测试结果表明，与普通刀杆相比，当空腔内径24 mm、孔深86 mm时，减振刀杆的激励响应衰减时间缩短了3/4，阻尼比增加了近10倍，极限切深增大至0.88 mm左右，抗振性能大幅度增加；继续增大空腔至内径 26 mm、孔深 92 mm时，刀杆的阻尼比继续小幅增加，但是模态刚度大幅度下降，响应衰减时间增加，极限切深减小至0.75 mm，抗振性能反而下降。切削试验结果表明：切深 1 mm 时，普通刀杆无法加工；空腔内径 26 mm、孔深 92 mm 的大空腔刀杆加工表面粗糙度为 5.125 µm，加工表面有明显振纹； 而空腔内径 24 mm、孔深 86 mm的刀杆加工表面粗糙度为 2.792 µm，加工表面光亮、无振纹，这与理论分析稳定性曲线图的结论基本一致。

金刚石作为超硬材料又具有良好的导热性，是精密加工刀具的理想材料，同时也有望成为下一代半导体材料。无论是在哪一种应用背景下，金刚石材料的耐久性都十分重要，这也就引发了对于金刚石损伤的探索。本研究利用原位扫描电镜对金刚石氧化损伤及金刚石与黑色金属热接触损伤进行探究。动态观察表明，纳米金刚石氧化过程中于400 ℃出现数量减少，由于外层石墨层的包覆，纳米金刚石的氧化表现为内部坍缩。而块体金刚石在800 ℃下开始发生氧化损伤。氧化过程中金刚石表面出现sp³杂化非晶碳形式的中间相，并在1 200 ℃下出现晶面的选择性氧化。在金刚石与铁的热接触过程中，1 000 ℃下γ-Fe成为主导物相，并通过其溶碳能力使金刚石表面发生刻蚀。本研究揭示了金刚石两种损伤的微观机理，对金刚石损伤的抑制有重要的指导作用。

高纯钨被用作靶材以及高精密集成电路导体制造等，对纯度要求极高（5N~6N）。本文运用高通量试验方法提纯制备 APT，采用多温区管式炉对 APT 原料进行热解离处理后氨溶，利用原位XRD和常规XRD对不同温度热解离的APT进行物相分析，结合正交设计对试验参数进行优化获得最优的氨溶处理条件，经过多次溶解-过滤-清洗-析出循环达到纯化目的后，对APT进行煅烧还原得到高纯钨粉，用辉光放电质谱法对纯化前后物料进行纯度分析。通过3次氨溶解析出循环后的APT在含5%体积分数的氢气氮气混合气氛下 800 ℃还原 10 h可以完全被还原，得到纯度为 5N、平均颗粒尺寸为 670 nm的 W 粉。本研究为高纯氧化钨和钨粉的制备和工艺的优化提供了研究方法和参照依据。

选用总碳含量为 5.90%（不饱和碳，质量分数，下同）和 6.15%（饱和碳）两种WC 原料，分别配制 WC-6%Ni硬质合金的橡胶混合料和石蜡混合料并压制成压坯，通过调整压坯的脱胶和脱蜡条件来改变合金的相对磁饱和，使合金具有二相（WC+Ni）或三相（WC+Ni+η和WC+Ni+C）结构，对比研究了在相对磁饱相当的状态下，不饱和碳化钨原料和饱和碳化钨原料对WC-6%Ni硬质合金的组织结构与性能的差异。结果表明：WC-Ni硬质合金的比饱和磁化强度较低，但仍然和WC-Co硬质合金类似可以作为衡量合金碳含量高低的指标，其极限相对磁饱和值约为 90% 左右；不饱和碳化钨原料由于W₂C相的存在，制得的合金组织受碳含量影响敏感，极易出现异常粗大晶粒的情况；在无磁状态、且处于二相结构时，不饱和碳化钨原料制得合金的密度、硬度、抗弯强度都稍高于饱和碳化钨原料制得合金；在相对磁饱和约80%、且处于二相结构时，不饱和碳化钨原料制得合金的密度、硬度稍高于饱和碳化钨原料制得合金，但饱和碳化钨原料制得合金的抗弯强度比不饱和碳化钨原料制得合金高 19.4%。生产实践中，应选用饱和碳的碳化钨原料生产WC-Ni硬质合金以获得均匀的组织结构，并提高其综合性能。

CVD涂层技术是一种被广泛应用于硬质合金可转位刀具的表面处理技术，TiN/MT-Ti(C,N)/α-Al₂O₃/TiN是目前主流的CVD（Chemical Vapor Deposition）多功能复合涂层，在CVD沉积气氛中添加CO是实现MT-Ti(C,N)的涂层结构、性能调控较为简洁的工业化方式。本文在CVD涂层沉积气氛中添加CO，制备了单层MT-Ti(C,N)及典型的MT-Ti(C,N)/α-Al₂O₃双层结构涂层，研究了CO添加量对其微观组织、力学性能、涂层结合力及切削性能的影响。结果表明，CO的添加不会改变Ti(C,N)的晶体结构，但会改变Ti(C,N)的晶粒取向，并随着CO添加量的提升逐步细化Ti(C,N)晶粒。CO添加量的变化会引起α-Al₂O₃取向的变化和涂层结合力的变化，当添加体积分数1%和2.5%的CO时，涂层的常温结合力较好，连续切削寿命较高。

本文采用化学气相沉积（CVD）在WC-Co硬质合金基体上沉积TiN/MT-TiCN/Al₂O₃/ZrCN多层涂层，并进行微喷砂处理。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、显微硬度计、划痕测试仪和往复式摩擦磨损实验机表征涂层的组织结构和性能，通过对比900 ℃和1 000 ℃真空退火前后涂层的显微组织结构及性能，研究其热稳定性能。结果表明：真空退火对TiN/MT-TiCN/Al₂O₃/ZrCN涂层物相无明显影响；900 ℃退火后，涂层硬度和结合强度分别降低9.4%和46.7%，1 000 ℃退火后，涂层的硬度和结合强度下降幅度更大，分别降低15.6%和59.5%，TiN/MT-TiCN/Al₂O₃/ZrCN涂层在900 ℃下热稳定性能较好；由于表面粗糙度增大，退火涂层的摩擦系数略有增加；相比于未退火涂层，由于残余压应力、硬度和结合强度下降，1 000 ℃退火涂层粘着磨损、磨粒磨损和疲劳磨损加剧，导致磨损率增大，耐磨性降低。

三元硼化物因其具有高硬度、低密度、高耐磨性、高耐腐蚀性等特征被广泛应用在耐磨、耐腐蚀领域，但是其综合力学性能与WC-Co硬质合金相比仍有差距。本文研究添加第二相TiB₂颗粒对1 300 ℃烧结原位反应MoCoB-Co金属陶瓷微观组织及力学性能的影响。结果表明：添加TiB₂后原位合成的MoCoB和TiB₂晶粒构成MoCoB-Co金属陶瓷的双硬质相，MoCoB晶粒得到明显细化，MoCoB呈现等轴状与棒状两种形貌；随着TiB₂含量的增加，MoCoB/Co的含量比逐步增加，等轴状MoCoB的尺寸基本保持为1~2 μm，棒状MoCoB在添加15%~20%质量分数的TiB₂时略有长大，短轴增加较明显。TiB₂作为第二硬质相增强基体，硬度明显提高，当TiB₂质量分数为15% 时硬度为HRA 88.9，较未添加时提高约6%。

金属浅表层的微裂纹直接影响金属的性能和使用寿命，非线性超声检测方法对于浅表层微缺陷检测有较好的效果。本文针对钢材浅表层微缺陷检测和定位问题，通过有限元仿真的方式研究裂纹检测与定位的非线性超声规律。在有限元仿真软件COMSOL Multiphsics中建立包含表层裂纹的二维混频表面波检测模型，研究超声波与钢材表层裂纹引起的非线性效应，总结缺陷尺寸与边频信号振幅的变化关系，采用基于时频分析的异侧混频激励方案研究裂纹的定位。仿真结果表明，当金属表面存在裂纹时，检测点接收的回波信号中将出现和频及差频信号；边频信号的信号强度随着裂纹宽度增大而增强，随着检测距离的增大而衰减，随着裂纹深度增加呈现先增后减趋势；通过时频分析实现了表面裂纹的定位。采用激励频率分别为0.5 MHz 和0.8 MHz、基频幅值均为10^-5 m的超声信号能够满足浅表面裂纹检测需求，实现浅表面深度为0.2~2 mm、宽度为5~30 μm的裂纹检测，定位准确率为88%。研究结果为钢材浅表层微缺陷的非线性混频超声检测和定位提供了参考依据。

本文选取钴含量分别为3%、8%、18%、26%的粗晶硬质合金混合料进行球磨，在球磨时间为15、16、17 h时取出混合料制成四组每组3批硬质合金样品，研究球磨时间对粗晶硬质合金WC晶粒尺寸分布及WC邻接度的影响，结果表明，同组粗晶硬质合金的WC晶粒尺寸分布曲线随着球磨时间的增加逐渐向左偏移，分布曲线的右支变得更陡，WC邻接度先变小再增大；在同组样品中WC晶粒尺寸分布曲线右支个数百分比随晶粒尺寸变化最缓的合金具有最小的WC邻接度。用最密填充理论解释了WC邻接度低的合金WC晶粒尺寸分布的特征。

超音速火焰喷涂技术制备的WC-10%Co4%Cr涂层具有高硬度和良好的耐磨性能，广泛应用于石油化工、航空航天等领域，是一种重要的材料表面防护方法。影响超音速火焰喷涂WC-10%Co4%Cr涂层性能的因素较多，本文通过对喷涂粉末特性、喷涂工艺、喷涂预处理和后处理等因素对超音速火焰喷涂WC-10%Co4%Cr涂层性能的影响进行了归纳，对近年来主要研究现状进行了综述。提出了开发更安全环保具有多峰结构的喷涂粉末，进一步优化超音速火焰喷涂工艺，超音速火焰喷涂技术与其他涂层热处理技术相结合等未来发展措施。

硬质合金是一种复合材料，广泛应用于航空航天、冶金、建筑等领域。在过去的几十年里，人们提出了许多传统工艺，如粉末冶金技术和铸造技术来制造硬质合金零件。增材制造技术能够轻易实现复杂几何形状零件的生产制备，有望在硬质合金的生产应用上降低成本。本文以增材制造技术为分类依据，分别概述了激光选区熔化、激光选区烧结、激光近净成型、粘接剂喷射、3D凝胶打印等多种硬质合金增材制造技术的工作原理、工艺优化、零件性能及存在的局限性。指出了硬质合金增材制造在零件性能上存在的问题以及未来在工艺调控、后处理优化、机理研究和与传统工艺结合等方面的发展方向。

针对超大长径比极细微型钻头工作中的微弯曲变形情况进行了分析。通过 软件计算，得到微型钻头未钻入板材时不同旋转速度对微型钻头偏摆距离的影响。随 后模拟微型钻头钻入板材后的受力情况，计算了微型钻头在槽长区域有、无约束条件 下的变形量，研究了微型钻头槽长区域不同约束位置、约束方式对微弯曲变形的影响。 研制了新型自对正结构的超大长径比极细微型钻头，并应用于加工8 mm大厚度高速通 信印制电路板。利用两端对向钻削的方法对其进行通孔加工，研究了微型钻头的结构 和涂层对孔偏距的影响。结果表明，钻入板材前，随着转速从 150 kr/min 增加到 245 kr/min，钻尖偏摆距离从0.02 mm增加到0.6 mm；钻入板材后，在槽长区域设计约束 结构可有效降低微弯变形量；通过超润滑涂层解决了极细微型钻头的断刀问题、减小 了孔偏距。相比于常规结构的微型钻头，新型微型钻头涂层后可将孔偏距从56 µm降 低到35 µm，满足使用要求。

钛基合金作为现代医学骨科中的理想固定材料，其生物相容性和耐腐性强，已成为骨科临床上替代硬组织的重要材料之一。本文综述了医用钛基合金表面离子注入磷元素改善生物学性质的研究进展，探讨了金属表面离子注入改性方法，分析了钛基合金表面离子注入P元素后相关研究成果，分别从耐腐蚀性提升、生物相容性提升、抗氧化能力提升及表面硬度提升几个方面进行了研究。最后对钛基合金表面离子注入磷元素改善生物学性质在医学上的应用前景做了展望，希望相关领域的学者能够尝试高能注入、多元素注入等实验，以推动钛基合金在医用领域的发展。

文章横向对比了世界及中国硬质合金产业近三年来的竞争格局，同时对新型冠状病毒疫情前到经济复苏期，各主要硬质合金企业主要财务、运营指标进行纵向对比，并对主要硬质合金产品进行市场分析，梳理了国内硬质合金产业企业疫情爆发期前后的经营情况，分析了行业的整体现状。认为：目前国内外主要硬质合金企业均处于行业恢复期，且恢复速度较快。中国硬质合金产业整体上处于发展的黄金赛道，但仍然面临着“多、小、散”的行业格局，科技投入不足，高端产品竞争力弱。据此建议在经济恢复期，中国硬质合金产业应抓住政策市场机遇，利用好政策窗口，抓住市场机会，加速国产替代，增加高端产品市场占有率；提高产品质量，加大科研投入，形成核心竞争力；建立大型行业龙头企业加小型高专注度企业的行业生态，实现行业良性发展。

产业集群是推动产业快速发展的有效路径。中国硬质合金行业已形成多个 产业集群雏形，通过分析株洲硬质合金产业集群特点，对比研究国内外硬质合金产业 集群，提出中国硬质合金产业集群存在行业发展方向共识不足、知识产权保护体系不 完善、产品结构和服务水平待提升等问题。对中国硬质合金产业集群提出要构建航母 战斗群式产业集群、完善知识产权保护体系、加大“产学研”结合、加强政府和行业引导 的建议，促进中国硬质合金实现高质量发展。

为了探究出地铁隧道盾构施工风险的控制措施。本文充分结合国内外有关地铁盾构施工研究资料，针对地铁盾构区间隧道施工风险展开分析，从而更加全面的了解地铁盾构施工法基本原理，阐述地铁盾构施工工艺特点及其流程，并展开风险分析，建立风险评价模型。针对地铁盾构施工时可能发生的常见风险予以了具体分析，并给出合理的风险控制建议。最终得出结论：严控地铁隧道盾构施工环境因素、人为因素对地铁施工的影响，能够有效规避风险，保障地铁隧道盾构施工安全。

根据相控阵超声检测原理，设计硬质合金开槽、刻肋轧辊相控阵超声检测试块，利用此试块，配置特定的探头与相应的楔块，进行相控阵超声检测仪器的调整、检测灵敏度的调试。以开槽、刻肋轧辊的内表面为接触面，采用调试好的仪器对轧辊开槽、刻肋位置进行相控阵超声检测。通过实验验证，利用设计的试块调试检测仪器及检测灵敏度，采用以开槽、刻肋轧辊内表面为检测面，进行40°~70°范围扫描的相控阵超声检测方法能检测轧辊开槽刻肋位置的内部缺陷，能准确判断缺陷的位置，准确指导轧辊修磨工艺参数，误差在0~2 mm。

为了研究碳含量对WC-Co-Ni-Fe-Cr硬质合金性能的影响，本文以WC-9.5%(Co-Ni-Fe-Cr)硬质合金为研究对象，探讨了碳含量变化对合金组织与性能的影响规律。结果表明，随着碳含量的增加，WC的平均晶粒长大，但是WC的晶粒度比较均匀，在出现渗碳的情况下也未见异常粗大晶粒出现；脱碳和渗碳对抗弯强度影响极大，均会引起合金抗弯强度的显著下降，脱碳的影响尤其明显；粘结相中Cr和W的含量随着碳含量的升高而降低，表现出了碳势高固溶度下降，与WC-Co硬质合金表现出相似的规律。    

为了改善切削刀具表面常用的TiAlN涂层的性能，采用阴极弧蒸发方法在硬质合金、低合金钢、刚玉片和钨基体上制备了TiAlN和TiAlNbN涂层，借助差示扫描量热仪（DSC）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线能量色散谱仪（EDX）、X射线衍射仪（XRD）和纳米压痕仪研究了Nb添加对TiAlN涂层的结构、力学及热性能的影响。结果表明：制备的Ti_0.46Al_0.54N、Ti_0.40Al_0.53Nb_0.07N和Ti_0.34Al_0.52Nb_0.14N涂层均为亚稳的面心立方结构，其硬度分别为30.1 ± 0.4 GPa、29.7 ± 0.4 GPa 和29.6 ± 0.7 GPa；Nb 添加提高了涂层的H³/E²值，表明其韧性得到改善；Nb添加抑制了TiAlN涂层热分解过程中的调幅分解和六方相AlN的形成，从而改善其热稳定性；另外，在900 ℃氧化10 h后，Ti_0.46Al_0.54N涂层已完全氧化，而Ti_0.40Al_0.53Nb_0.07N和Ti_0.34Al_0.52Nb_0.14N涂层的氧化层厚度分别为0.91 μm和0.67 μm。

以WC-Mo₂C-C粉末混合物为原料，通过热压反应的方法在2 000 ℃的烧结温度下成功制备得到了“MoC”质量分数为5%和15%的(Mo,W)C粉末。并利用这些粉末分别在Ar和N₂气氛中烧结制备了(Mo,W)C-10%Co-VC-Cr₃C₂硬质合金。检测分析了合金的硬度HV30、断裂韧性K_IC、密度和磁性；并通过DTA分析测定了硬质合金的液相形成温度。结果表明，使用热压法获得的(Mo,W)C粉末制备(Mo,W)C-10%Co-VC-Cr₃C₂硬质合金，可以获得“MoC”质量分数为15%的具有低孔隙率的合金产品。当“MoC”质量分数为5%时，可以制备得到完全致密的硬质合金，其硬度HV30 和断裂韧性K_IC均优于同粘结相含量的WC-Co 硬质合金。在(Mo,W)C基硬质合金的微观结构中，发现了类似于金属陶瓷中的芯-环结构的硬质相颗粒。根据DTA 曲线可以发现，与WC-Co硬质合金相比，(Mo,W)C基硬质合金具有较低的液相形成温度。

WC-Co硬质合金在刀具材料中被广泛应用，热处理可以有效地改善WC-Co硬质合金的综合性能。本文采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和电子探针（EMPA）等分析手段，研究了淬火和回火处理对WC-20%Co硬质合金的微观结构与力学性能的影响。结果表明：随着淬火温度升高，WC晶粒尺寸呈现先增大后减小的变化趋势。在一定温度范围内，淬火温度越高，材料的硬度和抗弯强度也越高；抗弯强度在1 250 ℃淬火时达到最大值3 090 MPa，相对于未处理样品增加了13.2%。但当淬火温度达到1 350 ℃时，其硬度和抗弯强度开始下降，分别为985.0 HV和2 810 MPa。在淬火温度一定的条件下，回火温度越高，钴相中保留的高温相α-Co分数和固溶的W含量越低，材料的力学性能也随之降低。对比不同淬火介质后发现，相比于油淬，水淬处理更有助于提高材料的综合性能。

该工作通过氢氟酸溶液刻蚀MAX相粉末(Ti₃AlC₂）制备得到了具有“手风琴”形貌、粒径在2~6 μm、质量良好的Ti₃C₂ MXene。采用溶液共混法，将Ti₃C₂ MXene用作填料，制备了环氧树脂复合材料，研究了其摩擦磨损性能，探讨了其性能改善机理。结果表明：Ti₃C₂ MXene的引入，增强了复合材料的硬度，改善了其摩擦磨损性能。随着填料含量的增加，摩擦系数和磨损率都呈现出先下降后增加的趋势。填料含量为0.25%的环氧复合材料的磨损率为最低（5.13×10^-5 mm³/mN），比纯环氧树脂降低了80%。当含量为0.5%时，Ti₃C₂/环氧复合材料的摩擦系数为最低（0.21），比纯环氧树脂降低了70%。Ti₃C₂/环氧复合材料由于Ti₃C₂ MXene的引入，其硬度得到提高。随着填料含量的增加，硬度逐渐升高。当填料含量为1.0%时，复合材料硬度达最大值，比纯环氧树脂提高了29.4%。

为了解决模压成型中双面负角铣削刀片顶部和底部刀尖高尺寸一致性的问题，本文通过对双面负角铣削刀片刀尖部分数学模型分析，结合填料过程中粉末的流动特性，提出了一种可实现仿形填料的补偿模具设计方法。推导并建立了模体填料腔的补偿结构及尺寸数学模型，并采用离散元方法对仿形填料过程进行模拟仿真，验证了补偿设计的合理性。结果表明，补偿料槽的高度t、宽度A 以及斜面角度θ分别取决于产品高于定位面部分槽型的宽度w、高度l 以及它们所形成的倾角γ；对模体进行补偿设计后，实现了产品刀尖高尺寸一致性控制在0.03 mm以内，达到国外同类产品水平。

本文使用放电等离子烧结（SPS）的方法制备得到面向等离子体材料（高性能钨块）。使用纳米和微米钨粉作为原料，加入不同计量的自制纳米碳化钽，采用密度测试、硬度、抗弯、金相、EDS、SEM等分析手段，研究了添加碳化钽对SPS制备钨块力学性能的影响，并对其机理进行探讨。结果表明，添加适量的碳化钽可以有效地提高钨块的相对密度、显微维氏硬度和抗弯强度，使用30 nm钨粉添加2%碳化钽的钨块其相对密度达95.7%，显微维氏硬度值达540.4 HV0.1，使用3 μm钨粉添加2%碳化钽的钨块其相对密度达96.8%，抗弯强度达617.0 MPa。其强化机理是添加的碳化钽呈粒状均匀分布于晶界，对于晶界起到了钉扎作用，从而细化了晶粒，使钨块强韧化。

采用传统的粉末冶金工艺制备了不同铬含量的碳化钛-高锰钢结硬质合金，铬含量分别为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和0，研究了铬含量对合金组织与性能的影响。用扫描电子显微镜对合金的组织进行了观察。结果表明，随着铬含量的增加，合金中碳化钛颗粒的尺寸逐渐增大；当铬含量2.5%时，碳化钛颗粒尺寸显著增大。合金的硬度随着铬含量的增加先升高后降低，当铬含量为2.0%时，合金硬度达到最大值HRC 64.9，其后硬度稍微降低。随着铬含量的增加，合金的抗弯强度（TRS）和冲击韧性（IM）均先升高后降低。铬含量达到2.0%时，抗弯强度达到最大值2 307 MPa；铬含量为1.5%时，冲击韧性达到最大值12.89 J/cm²。因此，适量的铬可以显著提高合金的力学性能。

本文研究了5种PVD薄膜（TiAlN+TiAlSiN双层结构、TiAlN+AlCrN双层结构、TiAlSiN+TiSiN复合多层结构、TiAlSiN+TiSiN双层结构、AlCrN+TiSiN复合多层结构）涂层圆片铣刀干式铣削模具钢时的磨损特性。切削实验结果显示：当后刀面磨损量达到0.3 mm时，TiAlN+AlCrN双层结构涂层刀片的加工距离最长，达到了160 m，是TiAlN+TiAlSiN双层结构涂层刀片的2倍；TiAlSiN+TiSiN复合多层结构涂层刀片的3.3倍；AlCrN+TiSiN复合多层结构涂层刀片的1.6倍；是表现最差的TiAlSiN+TiSiN双层结构涂层刀片的10倍。5种PVD薄膜涂层刀片切削模具钢的磨损机理主要为粘着磨损，磨粒磨损和氧化磨损。本文研究结果对模具钢的高效涂层刀片的选取具有一定的指导意义。

孔型结构是影响硬质合金拉丝模质量的决定性因素之一。认识和改进孔型结构是硬质合金拉丝模研究的重要方向。本文介绍了国内外硬质合金拉丝模孔型结构的研究发展状况，介绍了直线型模与弧线型模的特点,分析比较了拉丝模不同孔型结构的优缺点。通过以下方法可以有效地提高拉丝模的使用寿命和稳定性：加长润滑区、工作区长度，选择合适的模孔半角和定径区长度。为了对孔型进行必要的改进和修复，高精度的测量手段必不可少。随着拉丝生产拉拔设备技术和工艺的提升，以及被拉拔材料高强高韧，设计优化拉丝模孔型结构有利于提高线材拉制质量和模具使用寿命。

随着计算机技术与热力学动力学数据库的发展，把材料计算模拟和关键实验结合在一起，集成、优化、应用到硬质合金产品设计开发的全过程，通过成分—工艺—结构—性能的关联分析，能够把硬质合金及耐磨涂层的研发由传统经验或者半经验方式提升到科学的顶层/底层设计，加快研发速度，降低研发成本。本文阐述了第一性原理计算、CALPHAD方法（相图计算方法）、相场模拟和有限元模拟等计算模拟方法，论述了它们在硬质合金及耐磨涂层研发中所发挥的具体作用，从用户需要、设计制备和工业生产3个层面探讨并建立了基于集成计算材料工程进行产品开发的框架。

超过60 h的长时滚动湿磨是目前国内制备超细晶硬质合金最常用的工艺。本文探讨湿磨时间对超细WC粉末晶体学参数的影响规律，旨在论证上述湿磨工艺的合理性。采用滚动湿磨工艺制备WC-0.47Cr₃C₂-0.28VC-7Co超细混合料，采用Williamson-Hall法和Rietveld拟合法对X射线衍射图谱进行分析。结果表明，与WC原料相比，湿磨50 h和68 h后，WC晶粒尺寸由原始态54 nm分别减小至45 nm和40 nm，降低幅度分别为17%和26%；微观应变由原始态0.16%分别增加至0.17%和0.18%，增加幅度分别为6% 和13%，增加幅度不明显；晶格常数a由原始态0.290 43 nm 同步减小至0.290 40 nm，晶格常数c由原始态0.283 96 nm分别增加至0.283 97 nm和0.284 01 nm，增减幅度非常小。WC晶体微观应变的小幅变化不会对烧结过程中WC晶粒生长驱动力产生明显影响，适当延长湿磨时间以改善Co在超细WC-Co基混合料中分散均匀性的工艺具有合理性。

制备5种不同WC晶粒度和粘结相含量牌号硬质合金试样，其中牌号A~D试样进行3点弯曲疲劳S-N曲线测试，试验表明硬质合金低周疲劳性能与横向断裂强度具有一致性，高粘结相含量试样在同应力疲劳循环次数波动性小于低粘结相含量硬质合金。对疲劳断裂试样进行断口形貌特征分析，低晶粒度和低粘结相硬质合金疲劳裂纹出现在WC晶粒聚集或粗大WC晶粒处，断口形貌特征与静态断口形貌特征相似，疲劳特征不明显。大晶粒度和高粘结相硬质合金疲劳特征明显，粘结相Co出现较多韧窝，表面出现疲劳条纹，随循环周次增加，疲劳条纹越窄，粘结相Co韧窝串联，无法维持对WC颗粒粘连，导致其碎裂和剥落。同一应力水平作用下，随循环周次的增加粘结相Co受到的塑性变形越大，韧窝特征越明显，WC晶粒破碎或剥落越严重，孔隙越多。另对牌号A和牌号E不同工艺制备的试样进行同一应力下疲劳性能对比试验，结果表明不同的制备工艺与处理工艺对硬质合金疲劳性能有较大影响，且与后续使用性能有较强的对应性。

本文采用传统粉末冶金工艺制备了WC-8%Co、WC-6%Co-2%Ni-0.4%Cr₃C₂、WC-8%Ni-0.4%Cr₃C₂硬质合金样品，利用酸性盐雾试验、极化曲线测试、扫描电镜观察和能谱分析等手段，研究了添加Ni、Cr等元素对硬质合金酸性盐雾环境中腐蚀行为的影响。试验结果表明：WC-Co硬质合金在酸性盐雾环境下由于粘结相标准还原电极电位低，更容易发生电化学腐蚀，造成粘结相流失；添加Ni和Cr，可以提高WC-Co硬质合金的电极电位，降低极化电流密度，提高其在酸性盐雾溶液中的抗腐蚀能力；扫描电镜和能谱分析结果表明添加Ni和Cr，可以降低硬质合金在酸性盐雾溶液中粘结相的流失。

一维纳米材料的自愈合对于工业应用有着重要的意义，而晶体SiC纳米线则是一种拥有优异性能一维纳米材料。基于分子动力学方法，采用Tersoff势函数，对半径25 Å，长150 Å的晶体SiC纳米线进行拉伸模拟，提取单个Si原子的位置和势能变化，发现原子断键后会形成悬键，并观察到了重新键合的现象；之后使纳米线完成了断裂表面的接触，发现了C-Si和Si-Si原子对间重新键合的现象，得到了自愈合后的纳米线。通过对单原子的势能变化进行分析，发现重新键合后的原子势能会降低,而系统为了达到稳定状态，会将悬键的势能驱动到最低，重新键合则是达到该状态的最有效路径，SiC纳米线也因此完成了自愈合。

在电火花线切割加工过程中，会产生逐个的放电点，而放电点位置分布的均匀程度会对加工表面质量产生比较明显的影响。本文通过理论分析验证电位差法检测的合理性，并选定最优的标定函数，根据理论分析搭建电火花线切割放电点位置检测系统。对采集得到的数据研究直接导致对放电点位置检测以及评价的好坏。通过采用小波变换原理，对采集的原始放电点数据进行了去除噪点处理，探究电火花线切割加工过程中在25 ml/min蒸汽水雾介质中、在15 ml/min蒸汽水雾介质中他们的放电点位置均匀性是如何进行变化的，采用该系统采集了水雾中线切割精加工的放电点，验证了系统的实用性。

本文采用不同不平衡量的高速精加工铣削刀具开展铣削振动试验，研究在三种切削速度下，刀具的不平衡量与振动量的关系，利用统计学中回归方法建立相应的数学模型，并通过显著性分析和验证试验证明了三种数学模型的有效可行性。试验结果表明，在使用具有相同不平衡量的高速精加工铣削刀具情况下，切削速度越大，刀具振动量也相应变高；在相同切削参数情况下，刀具不平衡量越高，其振动量也相应变高。同时在不同切削条件下，通过数学模型可以有效对刀具动平衡状态进行预测，从而诊断出刀具的高速精密加工切削性能。

本文从碳化钛钢结硬质合金的批量生产入手，以使用石蜡基和橡胶基成型剂的两类产品为对象，研究了两类成型剂对合金组织和性能的影响。研究表明，添加不同的成型剂采用相同的压制成型工艺，在经过1 410 ℃真空烧结后钢结硬质合金的致密化程度较好，组织和性能达到预期效果。使用石蜡基成型剂时，硬度、抗弯强度、冲击韧性的平均值分别为62.7 HRC、1 326.5 MPa、9.0 J/cm²；使用橡胶基成型剂时，硬度、抗弯强度、冲击韧性的平均值分别64.3 HRC、1 513.3 MPa，13.3 J/cm²。橡胶基成型剂产品性能稍好，两者都符合产品要求，但从工艺简便性和环保角度考虑，石蜡基成型剂更符合批量生产要求。

针对轴承钢球表面缺陷检测展开轮与钢球易产生相对滑动的问题，基于仿生学原理，以提高展开轮表面摩擦系数为目的，开展了对微结构展开轮的研究。介绍了拟采用的展开轮微结构，提出条纹形和网纹形的微结构形貌；使用电火花线切割法对展开轮的微结构进行制备，并使用HXD-1000显微硬度计对制得的微结构展开轮进行硬度测量，得到经过加工后的展开轮硬度变化情况；通过立式万能摩擦磨损试验机对制备的微结构展开轮进行摩擦性能实验并对其摩擦系数进行分析。结果表明：使用电火花线切割法制备的微结构展开轮表面边缘清晰，直线度良好，测得尺寸公差最大为30 μm，沟槽类微结构呈圆弧形，硬度与无微结构的展开轮相近，相比无微结构展开轮，两种形貌特征的微结构展开轮摩擦系数分别提高21%~37%和10%~24%，对钢球表面展开过程中打滑的问题有较大程度的缓解。