硬質合金球是一種性能介於陶瓷與高速鋼之間的工具與結構材料，具有高硬度，高強度，高密度，耐腐蝕，耐高溫，抗氧化性和膨脹係數小等綜合性能。其壽命是鋼模的十幾倍乃至幾十倍。

在熱-腐蝕疲勞中，硬質合金球的裂紋擴展機理比較複雜。在熱與腐蝕共同作用下，裂紋擴展速率不僅與單純熱疲勞和腐蝕疲勞的控制參數有關，還有兩者強烈交互作用對裂紋擴展的貢獻。酸性環境中，WC-Co-Ni-Cr硬質合金球的抗熱酸裂紋萌生能力比WC-Co硬質合金球的明顯要強，表現為裂紋孕育期的明顯延長。高粘結相含量合金的裂紋擴展速率明顯低於低粘結相含量合金的。而鹼性環境中，孕育期的長短取決於粘結相的含量，即粘結相含量越多，孕育期越長；而裂紋擴展速率受粘結相成分的影響較大，WC-Co-Ni-Cr硬質合金球的裂紋擴展速率明顯慢於WC-Co硬質合金球。




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硬質合金球主要是利用硬質合金材料的耐高溫、耐磨損以及耐腐蝕等性能來滿足特殊工況要求。其破壞主要是衝擊疲勞產生在表層區域的物理或化學變化誘發裂紋形核，然後長大破壞，溫度的升高導致這種物理或化學變化加速，從而加劇了硬質合金球材料的破壞。

針對硬質合金球在工作過程中遇到的腐蝕環境問題，主要是純Co或純Ni粘結相合金可以通過合金化的方法提高其耐腐蝕性能，Ni-Cr-Co和Ni-Cr的混合粘結相合金的腐蝕速率很低。硬度越低，硬質合金球的腐蝕速度越快，造成硬質合金球腐蝕的原因主要是粘結相的遷移導致硬質相的相互分離。暴露在腐蝕環境中兩種合金都會因局部腐蝕造成應力集中從而對工具產生不良影響。在酸性環境中材料的疲勞強度極限只有其強度的25%，而在空氣中的疲勞極限為其強度的50%。應力幅值越低，頻率越慢，這種腐蝕效應體現的越明顯。在腐蝕環境下硬質合金疲勞的斷裂方式是由動載荷和腐蝕兩種作用相互促進引起的，疲勞引起的材料的塑性變形加快了硬質合金球腐蝕速率。




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腐蝕疲勞是工程結構或構件在使用過程中與環境中的腐蝕介質相互發生作用造成開裂或斷裂提前失效的現象。在硬質合金球的實際應用中，幾種疲勞方式是共同作用並相互促進的。主要包括硬度、抗彎強度和斷裂韌性等。

硬質合金球硬度比陶瓷、立方氮化硼和金剛石稍低，但比普通碳鋼和高速鋼等高得多，其韌性比高速鋼的略低，但比陶瓷、立方氮化硼和金剛石等高得多，這就決定硬質合金球不可替代的地位。硬質合金球用材料一般為YG系列硬質合金，其抗彎強度(顯著增加刀刃強度)、疲勞強度、衝擊韌性、耐熱性、高溫力學性能和抗氧化能力以及其耐磨性提高了，其抗月牙窪磨損和抗後刀面磨損能力增加了。硬質合金球在使用過程中會不斷受到交變彎曲應力、頻繁衝擊以及空載時急劇冷卻所產生的熱疲勞，這些都是硬質合金球因疲勞產生各種裂紋並在迴圈載荷在逐漸擴展直至失效導致的破壞。

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耐蝕性：具有耐H2S、CO2、NaCl等腐蝕性介質，中性鹽霧試驗300小時可達10級，5%硫酸、鹽酸和有機酸均對它無影響。
 
鍍層由A、B、C三層構成，通過工藝控制，Ｃ層為非晶態結構，B層為層狀結晶，A層為柱狀結晶，且各層電極電位Ｃ＞Ａ＞Ｂ，由於結晶不同，柱狀孔隙與片狀孔隙不易重合在一點上，孔隙率減小，腐蝕的機率就下降。鍍層破壞後，在腐蝕的環境中，因B層電位最低，做為陽極，造成B層的橫向腐蝕，先B層發生保護性腐蝕，後Ａ層發生腐蝕，有效保護了基體，所以ABC結構具有明顯的抗蝕性能。
 
對於工況相對惡劣(礦化度>100000mg/l)時，可採用ＡＢＣ+高分子材料封閉結構。外加減磨高分子材料封閉結構層，具有減磨、耐磨特性，有效保護油井管杆，且隔離腐蝕介質與鍍滲層的接觸，在ABC結構基礎之上進一步增加油管、抽油杆的抗蝕耐磨性能。
 
鍍鎢基合金防腐油管、套管技術要求：
 
1、選材的化學成分符合SY/T6194-2003中7.1的化學成分要求，進廠後進行金相試驗和拉力試驗，合格後方可使用。
 
2、表面的內鍍層厚度≥20μm，鍍層品質符合熱震法要求。
 
3、鍍後機械性能應滿足SY/T6194-2003中的要求。
 
4、鍍後表面品質應滿足針孔率每平方米不超過3個。
 
5、鍍後的外形尺寸應符合SY/T6194-2003中8.2的要求。
 
6、鍍後密封面和螺紋尺雨應符合GB/T9253.2-1999中4.2.2和4.2.3的要求。
 
7、鹽霧噴射試驗96小時不變色。
 
8、人造海水浸泡法60小時不變化。




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疲勞種類一般來說有機械疲勞破壞、熱疲勞破壞和腐蝕疲勞破壞等。機械疲勞破壞是指材料在迴圈載荷下即使應力未能達到硬質合金球強度極限，但在交變的拉壓和衝擊作用下，產生疲勞裂紋並最終破壞的現象。熱疲勞破壞是硬質合金球與外界作用時，由於溫度的多重迴圈或週期變化所引起的內能變化，使材料產生裂紋源和以裂紋源擴展成微裂紋過程的現象。

硬質合金球的品種很多，按化學成分可分為 3 類，各類硬質合金球因其成分和性能的不同，有著不同的應用領域：1) 鎢鈷類(WC-Co)硬質合金球。其硬質相是WC ，粘結相是 Co ，代號是 YG ； 2) 鎢鈦鈷類(WC-TiC-Co)硬質合金球。其硬質相除 WC 外，還加有TiC，粘結相也是 Co，代號為 YT；3) 鎢鈦鉭(鈮)鈷類(WC-TiC-TaC(NbC)-Co)硬質合金球。這類硬質合金是在YT合金成分中加入TaC(NbC)而成，其代號為YW。硬質合金球的服役狀況一般比較惡劣，常常需要承受迴圈載荷、冷熱交替的溫度變化以及腐蝕的環境。疲勞是造成硬質合金球工件破壞的一個主要原因。




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硬質合金屬於鎢鈷類合金，其主要成分是碳化鎢和鈷。碳化鎢是合金的“骨架”，主要起堅硬耐磨作用；鈷是粘結金屬，是合金韌性的來源。因此，硬質合金球與合金鋼球相比具有耐磨性高、拋光性好、粘附性小、摩擦係數小、能量消耗低、抗蝕性能等特性，是一種理想的材料。

然而，硬質合金球中的粘結相Co是一種易腐蝕材料，它不僅易溶於各種強酸中，同時，弱酸性介質醋酸也對其具有一定的腐蝕性，另外Co也易被弱鹼性的氨水或冷卻液中的添加劑所侵蝕，致使在硬質合金球加工過程中，其表面部分的Co被氧化成Co2+粘附於表面。水對硬質合金球的腐蝕行為主要有：1. 水對硬質合金具有一定的腐蝕行為，導致在含水條件下長時間儲存的合金表面會形成黃色的氧化膜，這一氧化膜緊緊的帖附於硬質合金表面形成有利於阻止合金進一步被腐蝕的鈍化膜。2. 水對硬質合金中的粘結相 Co 具有浸出作用，經水腐蝕後硬質合金表面形成了厚度約為 20 μm 的宏觀無鈷區缺陷。

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硬質合金球具有的拋光性好、能量消耗低、耐磨、耐高溫、耐腐蝕性好，及可回收利用等優良特性，使其在石油鑽探抽油、制筆等領域被廣泛應用。

然而，硬質合金球中的粘結相Co是一種易腐蝕材料，長期浸在水中，也會產生一定的腐蝕性。當硬質合金球表面附著有H2O時，所形成的Co2+會與H2O中的羥基發生配位形成[Co(H2O)6]2+配位離子，再加上Co在水中的標準氧化還原電勢僅為0.28eV(室溫下)，同時在電子的良導體WC的存在下，造成在硬質合金球表面含水區域形成微電池結構，這些微電池不斷將合金中的Co腐蝕成為Co2+，並通過與水的配位而從合金中浸出。致使合金表面形成富鈷的氧化鈍化膜，同時也正是由於水的這種對Co的浸出性能，導致合金表面一定厚度範圍內的Co被浸出，最終導致在合金表面形成了具有一定厚度的宏觀無鈷區缺陷。




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國家權威機構檢測和用戶使用表明，鍍件耐磨性好，硬度高，使用壽命有所提高，可加工性好，耐磨蝕好。鎢基合金的各項性能指標相當於或優於硬鉻鍍層：顯微硬度：使用儀器Hvs-1000型維氏硬度計測出所鍍鍍層的維氏硬度為Hv＝600～1300Hv，維氏硬度的變化直接與鍍層的組分有關係。耐蝕性：將鍍片分別浸入５％的鹽酸、５％的氫氧化鈉中測得其耐腐蝕性，結果表明在５％的鹽酸中浸泡７２小時，鍍層表面形成藍色保護膜後，阻止了腐蝕的進一步發生；在５％的氫氧化鈉中浸泡７２小時，鍍層完好無損。鍍厚能力：鍍厚能力可達0.3ｍｍ。
 
鍍層與基底結合力：通過對不同的基底材料進行合適的前處理，可以得到鍍層與基底材料結合力很好的鍍層。基底材料形狀：可在各種基底材料上得到合格的鍍層。該項工藝技術的推廣應用具有良好的社會和經濟效益。
 
鎢合金電鍍攻克抽油杆防腐難題
 
石油鑽井設備和採油設備在礦場應用中碰到兩大難題：腐蝕與磨損。為了延長油管抽油杆的使用壽命，必須提高油管抽油杆的耐磨和防腐性能，某企業據國家863計畫最新成果--鎢基合金電鍍技術，生產出鍍滲鎢基合金防腐耐磨油管抽油杆（ＤＳＷ），它是一種高新科技產品，具有以下優點：鍍層的耐磨、耐蝕方面具有很好的綜合性能；鍍層均勻；物料利用率高，能耗和水耗比較低；沒有污染，是環保產品。該產品是解決磨損與腐蝕這兩個難題的最佳產品。
 
耐磨性：在幹摩擦和加油潤滑情況下均有極佳的耐磨性。油邊界潤滑情況下，摩擦係數低，在同等對偶條件下，摩擦副的磨損量比硬鉻層的磨損量小很多。




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鎢舟英文名為Tungsten Boat，屬於金屬鎢製品之一。鎢舟，可以叫做鍍膜鎢舟，蒸發舟，蒸發鎢舟，用高溫鎢片加工而成，使用壽命要優於普通純鉬加工而成的舟，雖然，價格比普通蒸發舟的價格高，但是使用壽命長，性價比絕對有優勢。被廣泛應用於電子，軍工，輕工等行業的金屬蒸鍍，電子束濺散蒸鍍及還原氣氛下燒結，退火舟皿等。

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鎢舟選用的W含量為99.95%，具有難熔斷，不易脆，不易下垂，導電性能好，傳熱快等性能。其主要型號及尺寸如下表：

鎢舟被廣泛地應用於電子、軍工、輕工等行業的金屬蒸鍍，電子束賤散蒸鍍及還原氣氛下燒結，退火舟皿等。


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