一种木工刀用高性能硬质合金棒材及其制备方法

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申请号CN202511832460.5
申请日2025.12.08
申请人所在国家/地区/组织CN
公开号（公开）CN121244966A
公开日期（公开）2026.01.02
申请人（公开）赣州澳克泰工具技术有限公司
发明人（公开）王旭; 潘辉; 钟志强; 丁楠; 周爱国; 廖福平; 王宇航; 胡伟军
IPC分类（公开）B22F9/02;B22F9/04;B22F5/00;B22F3/10;B22F3/23;C22C29/08;B22F3/02;C22C1/057;C22C1/047
发明名称（公开）一种木工刀用高性能硬质合金棒材及其制备方法
摘要（公开）
本申请属于硬质合金技术领域，具体涉及一种木工刀用高性能硬质合金棒材及其制备方法，制备方法包括以下步骤：S1、获取（W，Cr）Cx复式碳化物粉、球形Co粉、羰基Ni粉；S2、将（W，Cr）Cx复式碳化物粉、球形Co粉、羰基Ni粉混合后进行球磨和喷雾干燥得到混合料粒；S3、将混合料粒装入多孔模中进行竖压成型得到硬质合金棒坯，对硬质合金棒坯进行烧结得到硬质合金棒材，烧结的气氛为甲烷。本申请通过多孔模竖压成型工艺和梯度渗碳烧结工艺提高压坯密度均匀性，避免横压成型导致的筋边裂纹和磨耗损失，并通过高温渗碳烧结形成具有特定梯度结构的粘结相分布，显著提高材料的抗冲击性、耐磨性和耐腐蚀性，材料适用于高速、高负荷、强振动的工况。
权利要求
1.一种木工刀用高性能硬质合金棒材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取（W，Cr）Cx复式碳化物粉、球形Co粉、羰基Ni粉为原料，所述原料中的总碳含量为5.93-5.97%，所述（W，Cr）Cx复式碳化物粉、所述球形Co粉、所述羰基Ni粉的质量比为（98.2-97.6）：（1.4-1.7）：（0.4-0.7）；
S2、将所述（W，Cr）Cx复式碳化物粉、所述球形Co粉、所述羰基Ni粉混合后进行球磨和喷雾干燥得到混合料粒；
S3、将所述混合料粒装入多孔模中进行竖压成型得到硬质合金棒坯，对所述硬质合金棒坯进行烧结得到硬质合金棒材，所述烧结的气氛为甲烷。
2.根据权利要求1所述的一种木工刀用高性能硬质合金棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述（W，Cr）Cx复式碳化物粉的费氏粒度为0.4-0.6μm、所述球形Co粉的费氏粒度为0.6-0.8μm，所述（W，Cr）Cx复式碳化物粉中的Cr元素与所述羰基Ni粉中的Ni元素的质量比为（0.65-0.85）：1。
3.根据权利要求1所述的一种木工刀用高性能硬质合金棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述（W，Cr）Cx复式碳化物粉的制备方法包括：将蓝钨在氢气气氛下还原得到纳米W粉；将天然气经裂解反应得到碳黑；将所述纳米W粉、所述碳黑与Cr3C2粉混合后在氩气保护气氛下进行碳化得到碳化物，采用高性能气流磨对所述碳化物进行粉碎得到所述（W，Cr）Cx复式碳化物粉，所述（W，Cr）Cx复式碳化物粉具有多孔分枝结构，所述（W，Cr）Cx复式碳化物粉的分枝长度为1-3μm，所述（W，Cr）Cx复式碳化物粉的孔隙率为40-60%。
4.根据权利要求1所述的一种木工刀用高性能硬质合金棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤S2还包括，在所述球磨的过程中还添加石蜡和酒精，所述石蜡的质量为所述原料质量的2.0-2.3wt%，所述球磨的转速为600-800rpm，所述球磨的时间为36-40h。
5.根据权利要求1所述的一种木工刀用高性能硬质合金棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述喷雾干燥的工艺参数具体为：供料压力为10-11bar，喷片孔径为1.0-1.3mm，旋风收尘压差为8-11mbar，喷料温度为110-120℃，出口冷却温度为80-90℃；所述混合料粒的流速＜30s/50g，所述混合料粒的松装密度为3.25-3.75g/cm3。
6.根据权利要求1所述的一种木工刀用高性能硬质合金棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述竖压成型的模具为多孔模，所述竖压成型的工艺参数具体为：单位压制力为1.5-1.8T/cm2，压制速度为25-30秒/模，收缩系数为18-19%，单重允差为±0.08g。
7.根据权利要求1所述的一种木工刀用高性能硬质合金棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述烧结的温度为1400-1430℃，所述烧结的时间为30-60min，所述甲烷的流量为0.4-0.8mL/s。
8.一种木工刀用高性能硬质合金棒材，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的一种木工刀用高性能硬质合金棒材的制备方法制备得到。
9.根据权利要求8所述的一种木工刀用高性能硬质合金棒材，其特征在于，所述硬质合金棒材具有梯度结构，所述梯度结构从外到里包括：表面层、次表层和芯部，所述表面层的粘结相的体积分数占比为0.5-1.2%，所述次表层的粘结相的体积分数占比为3-5%，所述芯部的粘结相的体积分数占比为2-2.8%，所述表面层的厚度为0.2-0.4mm，所述表面层的残余压应力≥450MPa，所述表面层的洛氏硬度HRA为94-95，所述表面层的断裂韧性KIC≥7.5MPa·m1/2，所述次表层的厚度为0.6-0.8mm，所述次表层的残余拉应力≥360MPa，所述次表层的洛氏硬度HRA为91-92，所述次表层的断裂韧性KIC≥9.8MPa·m1/2，所述芯部的残余压应力≥120MPa，所述芯部的洛氏硬度HRA为92-93，所述芯部的断裂韧性KIC≥8MPa·m1/2，所述硬质合金棒材的抗弯强度TRS≥3000MPa。
10.根据权利要求8所述的一种木工刀用高性能硬质合金棒材，其特征在于，所述硬质合金棒材包含Cr3Ni2镍铬合金相，所述硬质合金棒材的Cr3Ni2镍铬合金相的含量为0.7-1.1wt%，所述硬质合金棒材在pH=1的盐酸溶液中的自腐蚀电位为-0.26至-0.22V，所述硬质合金棒材在pH=13的氢氧化钠溶液中的自腐蚀电位为-0.18至-0.15V。
说明书
一种木工刀用高性能硬质合金棒材及其制备方法
技术领域
本申请涉及硬质合金技术领域，具体的，本申请涉及一种木工刀用高性能硬质合金棒材及其制备方法。
背景技术
硬质合金因其高硬度、高强度和优良的耐磨性，被广泛应用于制造木工刀具。然而，随着木工机械向高速、高负荷方向发展，以及对加工精度和表面质量要求的不断提高，现有硬质合金棒材制成的木工刀具逐渐暴露出综合性能不足的问题。
目前，主流木工刀具多采用以钴为粘结相的亚细晶碳化钨基硬质合金。该类材料在微观组织、力学性能和耐腐蚀环境失效方面主要存在以下缺陷：
首先，在材料组成与微观结构方面，现有合金的相组成设计单一，难以兼顾高硬度与高韧性。高的碳化钨含量虽能保证基体硬度，但通常伴随韧性的下降，导致刀具在加工异向性明显的木质材料时，因承受不均匀的冲击载荷而易发生崩刃。此外，常规合金的粘结相多以纯钴为主，在木材加工过程中易受木材所含水分及有机酸等介质的化学腐蚀，粘结相腐蚀磨损后，硬质相颗粒失去支撑而脱落，显著加速了刀具的磨损失效。
其次，在宏观性能方面，现有均质结构的硬质合金棒材，其表面与芯部的成分、硬度及韧性趋于一致，无法实现功能梯度化。这导致刀具刃部既需要具备极高的硬度以保持锋利和抵抗磨损，又需要足够的韧性以抵抗冲击，单一均质的材料结构难以同时满足这两种相互矛盾的性能要求。其结果往往是，为追求硬度而牺牲韧性，引发脆性断裂；或为保障韧性而损失硬度，导致刀刃快速钝化。
再者，在制备工艺层面，传统粉末冶金方法如常规模压横压成型易导致压坯密度不均，特别是对于具有复杂筋边结构的棒坯，在后续处理或使用中易从密度较低的筋边处产生裂纹。
因此，本领域迫切需要一种新型的高性能硬质合金棒材，其需能够解决上述技术瓶颈。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请提供了一种木工刀用高性能硬质合金棒材的制备方法，包括以下步骤：S1、获取（W，Cr）Cx复式碳化物粉、球形Co粉、羰基Ni粉为原料，所述原料中的总碳含量为5.93-5.97%，所述（W，Cr）Cx复式碳化物粉、所述球形Co粉、所述羰基Ni粉的质量比为（98.2-97.6）：（1.4-1.7）：（0.4-0.7）；S2、将所述（W，Cr）Cx复式碳化物粉、所述球形Co粉、所述羰基Ni粉混合后进行球磨和喷雾干燥得到混合料粒；S3、将所述混合料粒装入多孔模中进行竖压成型得到硬质合金棒坯，对所述硬质合金棒坯进行烧结得到硬质合金棒材，所述烧结的气氛为甲烷。
作为本申请所述的一种木工刀用高性能硬质合金棒材的制备方法的优选方案，所述步骤S1中，所述（W，Cr）Cx复式碳化物粉的费氏粒度为0.4-0.6μm、所述球形Co粉的费氏粒度为0.6-0.8μm，所述（W，Cr）Cx复式碳化物粉中的Cr元素与所述羰基Ni粉中的Ni元素的质量比为（0.65-0.85）：1。
作为本申请所述的一种木工刀用高性能硬质合金棒材的制备方法的优选方案，所述步骤S1中，所述（W，Cr）Cx复式碳化物粉的制备方法包括：将蓝钨在氢气气氛下还原得到纳米W粉；将天然气经裂解反应得到碳黑；将所述纳米W粉、所述碳黑与Cr3C2粉混合后在氩气保护气氛下进行碳化得到碳化物，采用高性能气流磨对所述碳化物进行粉碎得到所述（W，Cr）Cx复式碳化物粉，所述（W，Cr）Cx复式碳化物粉具有多孔分枝结构，所述（W，Cr）Cx复式碳化物粉的分枝长度为1-3μm，所述（W，Cr）Cx复式碳化物粉的孔隙率为40-60%。
作为本申请所述的一种木工刀用高性能硬质合金棒材的制备方法的优选方案，所述步骤S2还包括，在所述球磨的过程中还添加石蜡和酒精，所述石蜡的质量为所述原料质量的2.0-2.3wt%，所述球磨的转速为600-800rpm，所述球磨的时间为36-40h。
作为本申请所述的一种木工刀用高性能硬质合金棒材的制备方法的优选方案，所述步骤S2中，所述喷雾干燥的工艺参数具体为：供料压力为10-11bar，喷片孔径为1.0-1.3mm，旋风收尘压差为8-11mbar，喷料温度为110-120℃，出口冷却温度为80-90℃；所述混合料粒的流速＜30s/50g，所述混合料粒的松装密度为3.25-3.75g/cm3。
作为本申请所述的一种木工刀用高性能硬质合金棒材的制备方法的优选方案，所述步骤S3中，所述竖压成型的模具为多孔模，所述竖压成型的工艺参数具体为：单位压制力为1.5-1.8T/cm2，压制速度为25-30秒/模，收缩系数为18-19%，单重允差为±0.08g。
作为本申请所述的一种木工刀用高性能硬质合金棒材的制备方法的优选方案，所述步骤S3中，所述烧结的温度为1400-1430℃，所述烧结的时间为30-60min，所述甲烷的流量为0.4-0.8mL/s。
本申请还提供了一种木工刀用高性能硬质合金棒材，采用上述的木工刀用高性能硬质合金棒材的制备方法制备得到。
作为本申请所述的一种木工刀用高性能硬质合金棒材的优选方案，所述硬质合金棒材具有梯度结构，所述梯度结构从外到里包括：表面层、次表层和芯部，所述表面层的粘结相的体积分数占比为0.5-1.2%，所述次表层的粘结相的体积分数占比为3-5%，所述芯部的粘结相的体积分数占比为2-2.8%，所述表面层的厚度为0.2-0.4mm，所述表面层的残余压应力≥450MPa，所述表面层的洛氏硬度HRA为94-95，所述表面层的断裂韧性KIC≥7.5MPa·m1/2，所述次表层的厚度为0.6-0.8mm，所述次表层的残余拉应力≥360MPa，所述次表层的洛氏硬度HRA为91-92，所述次表层的断裂韧性KIC≥9.8MPa·m1/2，所述芯部的残余压应力≥120MPa，所述芯部的洛氏硬度HRA为92-93，所述芯部的断裂韧性KIC≥8MPa·m1/2，所述硬质合金棒材的抗弯强度TRS≥3000MPa。
作为本申请所述的一种木工刀用高性能硬质合金棒材的优选方案，所述硬质合金棒材包含Cr3Ni2镍铬合金相，所述硬质合金棒材的Cr3Ni2镍铬合金相的含量为0.7-1.1wt%，所述硬质合金棒材在pH=1的盐酸溶液中的自腐蚀电位为-0.26至-0.22V，所述硬质合金棒材在pH=13的氢氧化钠溶液中的自腐蚀电位为-0.18至-0.15V。
本申请的有益效果如下：
与现有技术相比，本申请提供的木工刀用高性能硬质合金棒材及其制备方法，通过独特的材料配方与创新的制备工艺相结合，取得了以下显著的有益效果：
1、实现了高硬度与高韧性的协同提升：通过将硬质相碳化钨（WC）的含量精确控制在97.6-98.2wt%，使合金基体表面硬度达到HRA94-95的高水平，确保了刀具刃口锋利和优异的耐磨性。同时，通过粘结相中钴（Co，1.4-1.7wt%）与镍（Ni，0.4-0.7wt%）的协同设计，并控制（W，Cr）Cx复式碳化物粉中的Cr元素与羰基Ni粉中的Ni元素质量比为（0.65-0.85）：1，配料总碳含量5.93-5.97%；在体系中原位生成含量为0.7-1.1wt%的Cr3Ni2镍铬合金相。该强化相有效增强了粘结相的强度和韧性，使得材料在获得高硬度的同时，抗冲击韧性和塑性得到保障，从根本上解决了高硬度与高韧性难以兼顾的矛盾，有效防止了刀具的崩刃和断裂。
2、构筑了性能优化的梯度结构，实现了功能分区：通过特殊的高温梯度渗碳烧结工艺，成功在合金棒材内部构筑了从表至里包括表面层、次表层和芯部的梯度结构。该结构的本质特征在于粘结相的体积分数呈规律性梯度分布：
表面层：具有最低的粘结相体积分数，形成了高碳化钨、低粘结相的富硬质相区，从而赋予了合金表层极高的硬度（HRA94-95）和优异的耐磨损性能，直接应对切削过程中最严苛的磨损。
次表层：具有最高的粘结相体积分数，形成了高粘结相的富韧性区，其韧性高、塑性好，能够有效吸收和分散加工过程中的冲击能量，阻止了表面萌生的微裂纹向内部扩展，使合金能够承受高工作载荷。
芯部：粘结相体积分数介于表面层与次表层之间，保持了良好的刚性，为整个刀具提供坚实的支撑，确保其在高速运转下的尺寸稳定性。
这种“硬外表-韧中间-刚内芯”的梯度结构设计，使单一样品的不同区域分别优化承担了抗磨损、抗冲击和保刚性的功能。
3、显著增强了耐化学腐蚀磨损能力：传统纯钴粘结相在木材加工环境中易被腐蚀。本申请引入的Ni元素以及与Cr元素形成的Cr3Ni2强化相，显著提高了粘结相本身的耐腐蚀性，有效减缓了因木材中水分和有机酸等介质导致的化学腐蚀磨损，从而延长了刀具在恶劣工况下的使用寿命。
4、制备工艺保障了材料结构的均匀性与完整性：采用多孔模竖压成型工艺，有效提高了压坯密度的均匀性，避免了传统横压成型极易导致的筋边裂纹和磨耗损失，为后续获得高性能烧结体奠定了结构基础。该制备方法紧密结合材料设计，是实现上述优异微观组织和宏观性能的关键。
综上所述，本申请通过成分、结构与工艺的协同创新，制备出的硬质合金棒材综合性能卓越，尤其适用于高速、高负荷、强振动工况下的木工刀具应用，有效解决了现有刀具因硬度、强度、韧性及耐腐蚀性不足而导致的早期崩刃、断裂和过度磨损等问题。
具体实施方式
下面将结合实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请提供了一种木工刀用高性能硬质合金棒材的制备方法，包括以下步骤：S1、获取（W，Cr）Cx复式碳化物粉、球形Co粉、羰基Ni粉为原料，所述原料中的总碳含量为5.93-5.97%，所述（W，Cr）Cx复式碳化物粉、所述球形Co粉、所述羰基Ni粉的质量比为（98.2-97.6）：（1.4-1.7）：（0.4-0.7）；
所述（W，Cr）Cx复式碳化物粉的费氏粒度为0.4-0.6μm、所述球形Co粉的费氏粒度为0.6-0.8μm，所述（W，Cr）Cx复式碳化物粉中的Cr元素与所述羰基Ni粉中的Ni元素的质量比为（0.65-0.85）：1；
具体的，所述原料中的总碳含量为5.93%、5.94%、5.95%、5.96%、5.97%中的任意一者和任意两者之间的范围；所述（W，Cr）Cx复式碳化物粉中的Cr元素与所述羰基Ni粉中的Ni元素的质量比为0.65：1、0.70：1、0.75：1、0.80：1、0.85：1中的任意一者和任意两者之间的范围；
所述（W，Cr）Cx复式碳化物粉的制备方法包括以下步骤：
（1）将比表面积为12-15m2/g的蓝钨在氢气气氛下还原，制得纳米W粉，其粒度为50-80nm；
（2）将天然气经裂解反应生成碳黑，其粒度为80-120nm；
（3）将所述纳米W粉、所述碳黑与Cr3C2粉末混合，其中Cr3C2的添加量占最终复式碳化物粉总质量的0.5-0.8wt%，且Cr3C2的粒度为0.6-1.0μm；
（4）在回转管式碳化炉中，于氩气保护气氛下，氩气流量为0.8-1.2m3/h，在1400-1480℃下进行碳化处理得到碳化物，碳化完全度≥99.5%；
（5）采用高性能气流磨对所述碳化物进行粉碎处理得到所述（W，Cr）Cx复式碳化物粉，工作压力为0.8-1.0MPa，粉碎至费氏粒度为0.4-0.6μm；
所述（W，Cr）Cx复式碳化物粉具有多孔分枝结构，所述（W，Cr）Cx复式碳化物粉的分枝长度为1-3μm，所述（W，Cr）Cx复式碳化物粉的孔隙率为40-60%。
S2、将所述（W，Cr）Cx复式碳化物粉、所述球形Co粉、所述羰基Ni粉混合后进行球磨和喷雾干燥得到混合料粒；
在所述球磨的过程中还添加石蜡和酒精，所述石蜡的质量为所述原料质量的2.0-2.3wt%，所述球磨的转速为600-800rpm，所述球磨的时间为36-40h；所述喷雾干燥的工艺参数具体为：供料压力为10-11bar，喷片孔径为1.0-1.3mm，旋风收尘压差为8-11mbar，喷料温度为110-120℃，出口冷却温度为80-90℃；所述混合料粒的流速＜30s/50g，所述混合料粒的松装密度为3.25-3.75g/cm3。
S3、将所述混合料粒装入多孔模中进行竖压成型得到硬质合金棒坯，对所述硬质合金棒坯进行烧结得到硬质合金棒材，所述烧结的气氛为甲烷；
所述竖压成型的模具为多孔模，所述竖压成型的工艺参数具体为：单位压制力为1.5-1.8T/cm2，压制速度为25-30秒/模，收缩系数为18-19%，单重允差为±0.08g；所述烧结的温度为1400-1430℃，所述烧结的时间为30-60min，所述甲烷的流量为0.4-0.8mL/s；
具体的，所述单位压制力为1.5T/cm2、1.6T/cm2、1.7T/cm2、1.8T/cm2中的任意一者和任意两者之间的范围；所述压制速度为25秒/模、26秒/模、27秒/模、28秒/模、29秒/模、30秒/模中的任意一者和任意两者之间的范围；所述烧结的温度为1400℃、1405℃、1410℃、1415℃、1420℃、1425℃、1430℃中的任意一者和任意两者之间的范围；所述烧结的时间为30min、35min、40min、45min、50min、55min、60min中的任意一者和任意两者之间的范围；所述甲烷的流量为0.4mL/s、0.5mL/s、0.6mL/s、0.7mL/s、0.8mL/s中的任意一者和任意两者之间的范围。
以下结合具体实施例对本申请技术方案进行进一步说明。
实施例1
本申请提供了一种木工刀用高性能硬质合金棒材的制备方法，包括以下步骤：
S1、获取（W，Cr）Cx复式碳化物粉、球形Co粉、羰基Ni粉为原料，其中，原料中的总碳含量为5.95%，（W，Cr）Cx复式碳化物粉、球形Co粉、羰基Ni粉的质量比为98.0：1.5：0.5；（W，Cr）Cx复式碳化物粉的费氏粒度为0.5μm、球形Co粉的费氏粒度为0.7μm，（W，Cr）Cx复式碳化物粉中的Cr元素与羰基Ni粉中的Ni元素的质量比为0.75：1；（W，Cr）Cx复式碳化物粉具有多孔分枝结构，分枝长度为2.2μm，孔隙率为48%。
S2、将（W，Cr）Cx复式碳化物粉、所述球形Co粉、所述羰基Ni粉、石蜡和酒精混合后进行球磨和喷雾干燥得到混合料粒；其中，石蜡的质量为原料质量的2.1wt%，球磨的转速为700rpm，球磨的时间为38h；喷雾干燥的工艺参数具体为：供料压力为10.5bar，喷片孔径为1.2mm，旋风收尘压差为9.5mbar，喷料温度为115℃，出口冷却温度为85℃；混合料粒的流速＜30s/50g，混合料粒的松装密度为3.55g/cm3。
S3、将混合料粒装入多孔模中进行竖压成型得到硬质合金棒坯，对硬质合金棒坯进行烧结得到硬质合金棒材，所述烧结的气氛为甲烷；其中，竖压成型的工艺参数具体为：单位压制力为1.65T/cm2，压制速度为28秒/模，收缩系数为18.5%，单重允差为±0.08g；烧结的温度为1415℃，烧结的时间为45min，甲烷的流量0.6mL/s。
对实施例1制备的硬质合金棒材进行测试，结果表明：硬质合金棒材具有梯度结构，梯度结构从外到里包括：表面层、次表层和芯部，表面层的粘结相的体积分数占比为0.9%，次表层的粘结相的体积分数占比为3.6%，芯部的粘结相的体积分数占比为2.2%，表面层的厚度为0.28mm，残余压应力为480MPa，洛氏硬度HRA为94.6，断裂韧性KIC为7.9MPa·m1/2；次表层的厚度为0.73mm，残余拉应力为390MPa，洛氏硬度HRA为91.3，断裂韧性KIC为10.2MPa·m1/2；芯部的残余压应力为135MPa，洛氏硬度HRA为92.5，断裂韧性KIC为8.3MPa·m1/2；硬质合金棒材的抗弯强度TRS为3250MPa；硬质合金棒材包含Cr3Ni2镍铬合金相，硬质合金棒材的Cr3Ni2镍铬合金相的含量为0.88wt%，硬质合金棒材在pH=1的盐酸溶液中的自腐蚀电位为-0.23V，硬质合金棒材在pH=13的氢氧化钠溶液中的自腐蚀电位为-0.15V。
实施例2
本申请提供了一种木工刀用高性能硬质合金棒材的制备方法，包括以下步骤：
S1、获取（W，Cr）Cx复式碳化物粉、球形Co粉、羰基Ni粉为原料，其中，原料中的总碳含量为5.94%，（W，Cr）Cx复式碳化物粉、球形Co粉、羰基Ni粉的质量比为97.6：1.7：0.7；所述配料总碳含量（W，Cr）Cx复式碳化物粉的费氏粒度为0.45μm、球形Co粉的费氏粒度为0.65μm，（W，Cr）Cx复式碳化物粉中的Cr元素与羰基Ni粉中的Ni元素的质量比为0.7：1；（W，Cr）Cx复式碳化物粉具有多孔分枝结构，分枝长度为2.5μm，孔隙率为52%。
S2、将（W，Cr）Cx复式碳化物粉、所述球形Co粉、所述羰基Ni粉、石蜡和酒精混合后进行球磨和喷雾干燥得到混合料粒；其中，石蜡的质量为原料质量的2.0wt%，球磨的转速为650rpm，球磨的时间为37h；喷雾干燥的工艺参数具体为：供料压力为10.8bar，喷片孔径为1.2mm，旋风收尘压差为9.2mbar，喷料温度为116℃，出口冷却温度为86℃；混合料粒的流速＜30s/50g，混合料粒的松装密度为3.62g/cm3。
S3、将混合料粒装入多孔模中进行竖压成型得到硬质合金棒坯，对硬质合金棒坯进行烧结得到硬质合金棒材，所述烧结的气氛为甲烷；其中，竖压成型的工艺参数具体为：单位压制力为1.55T/cm2，压制速度为28秒/模，收缩系数为18.5%，单重允差为±0.08g；烧结的温度为1405℃，烧结的时间为35min，甲烷的流量0.5mL/s。
对实施例2制备的硬质合金棒材进行测试，结果表明：硬质合金棒材具有梯度结构，梯度结构从外到里包括：表面层、次表层和芯部，表面层的粘结相的体积分数占比为1.0%，次表层的粘结相的体积分数占比为3.5%，芯部的粘结相的体积分数占比为2.5%，表面层的厚度为0.32mm，残余压应力为525MPa，洛氏硬度HRA为94.2，断裂韧性KIC为8.2MPa·m1/2；次表层的厚度为0.76mm，残余拉应力为410MPa，洛氏硬度HRA为91.5，断裂韧性KIC为10.4MPa·m1/2；芯部的残余压应力为156MPa，洛氏硬度HRA为92.6，断裂韧性KIC为8.2MPa·m1/2；硬质合金棒材的抗弯强度TRS为3150MPa；硬质合金棒材包含Cr3Ni2镍铬合金相，硬质合金棒材的Cr3Ni2镍铬合金相的含量为0.91wt%，硬质合金棒材在pH=1的盐酸溶液中的自腐蚀电位为-0.24V，硬质合金棒材在pH=13的氢氧化钠溶液中的自腐蚀电位为-0.16V。
实施例3
本申请提供了一种木工刀用高性能硬质合金棒材的制备方法，包括以下步骤：
S1、获取（W，Cr）Cx复式碳化物粉、球形Co粉、羰基Ni粉为原料，其中，原料中的总碳含量为5.96%，（W，Cr）Cx复式碳化物粉、球形Co粉、羰基Ni粉的质量比为98.2：1.4：0.4；所述配料总碳含量（W，Cr）Cx复式碳化物粉的费氏粒度为0.58μm、球形Co粉的费氏粒度为0.75μm，（W，Cr）Cx复式碳化物粉中的Cr元素与羰基Ni粉中的Ni元素的质量比为0.8：1；（W，Cr）Cx复式碳化物粉具有多孔分枝结构，分枝长度为2.4μm，孔隙率为55%。
S2、将（W，Cr）Cx复式碳化物粉、所述球形Co粉、所述羰基Ni粉、石蜡和酒精混合后进行球磨和喷雾干燥得到混合料粒；其中，石蜡的质量为原料质量的2.2wt%，球磨的转速为750rpm，球磨的时间为39h；喷雾干燥的工艺参数具体为：供料压力为10.2bar，喷片孔径为1.2mm，旋风收尘压差为8.7mbar，喷料温度为112℃，出口冷却温度为82℃；混合料粒的流速＜30s/50g，混合料粒的松装密度为3.65g/cm3。
S3、将混合料粒装入多孔模中进行竖压成型得到硬质合金棒坯，对硬质合金棒坯进行烧结得到硬质合金棒材，所述烧结的气氛为甲烷；其中，竖压成型的工艺参数具体为：单位压制力为1.75T/cm2，压制速度为28秒/模，收缩系数为18.5%，单重允差为±0.08g；烧结的温度为1425℃，烧结的时间为55min，甲烷的流量0.7mL/s。
对实施例3制备的硬质合金棒材进行测试，结果表明：硬质合金棒材具有梯度结构，梯度结构从外到里包括：表面层、次表层和芯部，表面层的粘结相的体积分数占比为0.93%，次表层的粘结相的体积分数占比为3.7%，芯部的粘结相的体积分数占比为2.4%，表面层的厚度为0.36mm，残余压应力为517MPa，洛氏硬度HRA为94.7，断裂韧性KIC为7.7MPa·m1/2；次表层的厚度为0.79mm，残余拉应力为405MPa，洛氏硬度HRA为91.2，断裂韧性KIC为10.5MPa·m1/2；芯部的残余压应力为141MPa，洛氏硬度HRA为92.5，断裂韧性KIC为8.5MPa·m1/2；硬质合金棒材的抗弯强度TRS为3200MPa；硬质合金棒材包含Cr3Ni2镍铬合金相，硬质合金棒材的Cr3Ni2镍铬合金相的含量为0.87wt%，硬质合金棒材在pH=1的盐酸溶液中的自腐蚀电位为-0.25V，硬质合金棒材在pH=13的氢氧化钠溶液中的自腐蚀电位为-0.17V。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于步骤S1中原料中的总碳含量为5.91%，其它步骤皆与实施例1一致。
对对比例1制备的硬质合金棒材进行测试，结果表明：硬质合金棒材具有梯度结构，梯度结构从外到里包括：表面层、次表层和芯部，表面层的粘结相的体积分数占比为1.3%，次表层的粘结相的体积分数占比为2.8%，芯部的粘结相的体积分数占比为2.6%，表面层的厚度为0.31mm，残余压应力为410MPa，洛氏硬度HRA为93.5，断裂韧性KIC为8.1MPa·m1/2；次表层的厚度为0.52mm，残余拉应力为280MPa，洛氏硬度HRA为92.7，断裂韧性KIC为8.9MPa·m1/2；芯部的残余压应力为80MPa，洛氏硬度HRA为91.8，断裂韧性KIC为8.5MPa·m1/2；硬质合金棒材的抗弯强度TRS为2940MPa；硬质合金棒材包含Cr3Ni2镍铬合金相，硬质合金棒材的Cr3Ni2镍铬合金相的含量为0.81wt%，硬质合金棒材在pH=1的盐酸溶液中的自腐蚀电位为-0.24V，硬质合金棒材在pH=13的氢氧化钠溶液中的自腐蚀电位为-0.16V。
对比例2
本对比例与实施例2的区别在于步骤S3中烧结的温度为1450℃，其它步骤皆与实施例2一致。
对对比例2制备的硬质合金棒材进行测试，结果表明：硬质合金棒材具有梯度结构，梯度结构从外到里包括：表面层、次表层和芯部，表面层的粘结相的体积分数占比为1.5%，次表层的粘结相的体积分数占比为2.5%，芯部的粘结相的体积分数占比为2.5%，表面层的厚度为0.45mm，残余压应力为390MPa，洛氏硬度HRA为93.7，断裂韧性KIC为8.2MPa·m1/2；次表层的厚度为0.52mm，残余拉应力为310MPa，洛氏硬度HRA为92.5，断裂韧性KIC为8.5MPa·m1/2；芯部的残余压应力为105MPa，洛氏硬度HRA为91.6，断裂韧性KIC为8.2MPa·m1/2；硬质合金棒材的抗弯强度TRS为2890MPa；硬质合金棒材包含Cr3Ni2镍铬合金相，硬质合金棒材的Cr3Ni2镍铬合金相的含量为0.85wt%，硬质合金棒材在pH=1的盐酸溶液中的自腐蚀电位为-0.23V，硬质合金棒材在pH=13的氢氧化钠溶液中的自腐蚀电位为-0.17V。
对比例3
本对比例与实施例3的区别在于步骤S3中烧结的时间为80min，其它步骤皆与实施例3一致。
对对比例3制备的硬质合金棒材进行测试，结果表明：硬质合金棒材具有梯度结构，梯度结构从外到里包括：表面层、次表层和芯部，表面层的粘结相的体积分数占比为1.4%，次表层的粘结相的体积分数占比为2.7%，芯部的粘结相的体积分数占比为2.6%，表面层的厚度为0.46mm，残余压应力为425MPa，洛氏硬度HRA为93.2，断裂韧性KIC为8.3MPa·m1/2；次表层的厚度为0.51mm，残余拉应力为295MPa，洛氏硬度HRA为92.8，断裂韧性KIC为8.7MPa·m1/2；芯部的残余压应力为98MPa，洛氏硬度HRA为91.5，断裂韧性KIC为8.4MPa·m1/2；硬质合金棒材的抗弯强度TRS为2970MPa；硬质合金棒材包含Cr3Ni2镍铬合金相，硬质合金棒材的Cr3Ni2镍铬合金相的含量为0.82wt%，硬质合金棒材在pH=1的盐酸溶液中的自腐蚀电位为-0.24V，硬质合金棒材在pH=13的氢氧化钠溶液中的自腐蚀电位为-0.16V。
采用实施例1和对比例1硬质合金棒材制备同一型号1/26203T三刃断屑开料刀，各取刀5支，在马氏/MKB25Z开料机上铣削复合板，实施例1硬质合金棒材制备开料刀的平均寿命（285m），是对比例1硬质合金棒材制备的开料刀平均寿命（198m）的1.44倍。采用实施例2和对比例2硬质合金棒材制备同一型号1/26203T三刃断屑开料刀，各取刀5支，在马氏/MKB25Z开料机上铣削复合板，实施例2硬质合金棒材制备开料刀的平均寿命（304m），是对比例2硬质合金棒材制备的开料刀平均寿命（221m）的1.37倍。采用实施例3和对比例3硬质合金棒材制备同一型号1/26203T三刃断屑开料刀，各取刀5支，在马氏/MKB25Z开料机上铣削复合板，实施例3硬质合金棒材制备开料刀的平均寿命（298m），是对比例3硬质合金棒材制备的开料刀平均寿命（205m）的1.45倍。
对比例4
本对比例与实施例1的区别在于步骤S1中原料中不含羰基镍粉，为保持总质量100%，其质量由（W，Cr）Cx粉补足，其它步骤皆与实施例1一致。
对对比例4制备的硬质合金棒材进行测试，结果表明：微观组织中未检测到Cr3Ni2相，耐腐蚀性能显著劣化，在pH=1的HCl中自腐蚀电位为-0.34V。证明Ni元素的引入及Cr3Ni2相的生成是提升耐腐蚀性的关键。
对比例5
本对比例与实施例1的区别在于步骤S1中原料中的（W，Cr）Cx复式碳化物粉用费氏粒度为0.5μm的碳化钨粉代替，其它步骤皆与实施例1一致。
对对比例5制备的硬质合金棒材进行测试，结果表明：微观组织中未检测到Cr3Ni2相，耐腐蚀性能显著劣化，在pH=1的HCl中自腐蚀电位为-0.36V。证明Cr元素的引入及Cr3Ni2相的生成是提升耐腐蚀性的关键。
对比例6
本对比例与实施例1的区别在于步骤S3中进行横压成型，其它步骤皆与实施例1一致。
对对比例6制备的硬质合金棒材进行测试，结果表明：压坯密度不均，烧结后部分棒材在筋边处出现可见裂纹，成品率大幅降低。证明了竖压成型工艺对于保障结构完整性的不可替代性。
由上述实施例和对比例可以看出：实施例1（初始合金总碳含量5.95%）和对比例1（初始合金总碳含量5.91%），高温渗碳后合金性能差异源于，合金的配方成分中钴镍粘结相含量相等，即高温渗碳时，单位时间、单位体积通过液态粘结相向合金内部传输的碳含量是相等的。渗入的碳与脱碳相反应形成WC+γ两相组织。合金初始总碳含量越低，脱碳程度越高，合金中的脱碳相越少，渗碳过程中消除单位体积内脱碳相所需碳量越多，在相同渗碳时间内形成梯度层厚度越薄。表面层的残余压应力更小，降低了合金的抗弯强度。实施例2和对比例2性能差异原因，合金的配方成分相同，钴镍粘结相含量相等，即高温渗碳时，单位时间、单位体积通过液态粘结相向合金内部传输的碳含量是相等的。提高渗碳温度到1450℃，发现合金表层WC晶粒长大明显，且粘结相因蒸发减少，渗碳扩散通道减少，单位时间内渗碳量减少，形成梯度层厚度更薄。降低合金的抗弯强度，表面层粗化的WC晶粒降低表面硬度。实施例3和对比例3性能差异原因，合金的配方成分相同，钴镍粘结相含量相等，即高温渗碳时，单位时间、单位体积通过液态粘结相向合金内部传输的碳含量是相等的。增加高温渗碳时间到80min，发现合金表层WC晶粒长大明显，且粘结相蒸发减少，渗碳扩散通道减少，单位时间内渗碳量减少，形成梯度层厚度更薄。降低合金的抗弯强度，表面层WC晶粒粗化和粘结相聚集，降低表面硬度和耐磨性。实施例1结合对比例4和对比例5表明，不含Ni元素或者是不含Cr元素，都无法形成Cr3Ni2相，耐腐蚀性能均显著劣化，导致合金刀具无法正常使用，证明Ni元素和Cr元素的引入及Cr3Ni2相的生成是提升耐腐蚀性的关键。实施例1结合对比例6表明，横压成型会导致压坯密度不均，烧结后部分棒材在筋边处出现可见裂纹，成品率大幅降低，证明竖压成型工艺对于保障结构完整性的不可替代性。
与现有技术相比，本申请提供的木工刀用高性能硬质合金棒材及其制备方法，通过独特的材料配方与创新的制备工艺相结合，取得了以下显著的有益效果：
1、实现了高硬度与高韧性的协同提升：通过将硬质相碳化钨（WC）的含量精确控制在97.6-98.2wt%，使合金基体表面硬度达到HRA94-95的高水平，确保了刀具刃口锋利和优异的耐磨性。同时，通过粘结相中钴（Co，1.4-1.7wt%）与镍（Ni，0.4-0.7wt%）的协同设计，并控制（W，Cr）Cx复式碳化物粉中的Cr元素与羰基Ni粉中的Ni元素质量比为（0.65-0.85）：1，配料总碳含量5.93-5.97%；在体系中原位生成含量为0.7-1.1wt%的Cr3Ni2镍铬合金相。该强化相有效增强了粘结相的强度和韧性，使得材料在获得高硬度的同时，抗冲击韧性和塑性得到保障，从根本上解决了高硬度与高韧性难以兼顾的矛盾，有效防止了刀具的崩刃和断裂。
2、构筑了性能优化的梯度结构，实现了功能分区：通过特殊的高温梯度渗碳烧结工艺，成功在合金棒材内部构筑了从表至里包括表面层、次表层和芯部的梯度结构。该结构的本质特征在于粘结相的体积分数呈规律性梯度分布：
表面层：具有最低的粘结相体积分数，形成了高碳化钨、低粘结相的富硬质相区，从而赋予了合金表层极高的硬度（HRA94-95）和优异的耐磨损性能，直接应对切削过程中最严苛的磨损。
次表层：具有最高的粘结相体积分数，形成了高粘结相的富韧性区，其韧性高、塑性好，能够有效吸收和分散加工过程中的冲击能量，阻止了表面萌生的微裂纹向内部扩展，使合金能够承受高工作载荷。
芯部：粘结相体积分数介于表面层与次表层之间，保持了良好的刚性，为整个刀具提供坚实的支撑，确保其在高速运转下的尺寸稳定性。
这种“硬外表-韧中间-刚内芯”的梯度结构设计，使单一样品的不同区域分别优化承担了抗磨损、抗冲击和保刚性的功能。
3、显著增强了耐化学腐蚀磨损能力：传统纯钴粘结相在木材加工环境中易被腐蚀。本申请引入的Ni元素以及与Cr元素形成的Cr3Ni2强化相，显著提高了粘结相本身的耐腐蚀性，有效减缓了因木材中水分和有机酸等介质导致的化学腐蚀磨损，从而延长了刀具在恶劣工况下的使用寿命。
4、制备工艺保障了材料结构的均匀性与完整性：采用多孔模竖压成型工艺，有效提高了压坯密度的均匀性，避免了传统横压成型极易导致的筋边裂纹和磨耗损失，为后续获得高性能烧结体奠定了结构基础。该制备方法紧密结合材料设计，是实现上述优异微观组织和宏观性能的关键。
综上所述，本申请通过成分、结构与工艺的协同创新，制备出的硬质合金棒材综合性能卓越，尤其适用于高速、高负荷、强振动工况下的木工刀具应用，有效解决了现有刀具因硬度、强度、韧性及耐腐蚀性不足而导致的早期崩刃、断裂和过度磨损等问题。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是在本申请的发明构思下，利用本申请说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本申请的专利保护范围内。