钨基粉末冶金与功能材料研究所
【研究所总体介绍】
钨材料制备与应用研究所成立于2008年，主要围绕钨基粉体材料、硬质合金、钨铜合金、高比重合金、高熵合金、涂层防腐、难熔金属及陶瓷3D打印、金属陶瓷材料的制备、表征、计算、二次资源回收、材料应用等领域开展系统研究。从事理论设计、可控合成、组织结构与性能表征、材料器件化与应用的研究，希望通过深入研究获得一批重要的具有原创性的基础理论成果和具有自主知识产权的应用技术成果。目前，实验室与中试面积近2000 m2，拥有粉末冶金实验/中试和检测设备如冷等静压机、压力烧结炉、超音速火焰喷涂、等离子熔覆、多弧离子镀、扫描电镜、三维轮廓仪、电化学工作站等，设备总值1500万元。
研究所以贡献求支持、以特色争优势、以创新谋发展，多年来坚持以应用为导向，站在学科交叉前沿，自由探索。目前研究所已承担国际ITER项目子课题1项、国际合作项目子课题1项、国家自然科学基金等国家级课题10余项、江西省“井冈学者”、“双千人才”、“青年井冈学者”等人才计划6人次、江西省自然科学基金重点基金、一般基金和青年基12项、企业委托基金24项，项目累计经费1000万元。
目前已获国家科技进步二等奖2项、教育部高等学校科技进步二等奖1项、湖南省技术发明一等奖1项、中国有色金属工业协会科技进步一等奖1项，其他省部级、有色金属行业协会、市厅级奖等10余项。在国际著名期刊上发表高水平SCI收录论文200余篇，其中ESI高倍引论文8篇、一区论文16篇，申请发明专利36件、授权14件，出版专著6部，研究所2项自主成果在相关企业获得转化应用，取得了显著的经济和社会效益。
【研究所师资力量】
陈 颢：研究所所长，博士、教授、博士生导师
郭圣达：研究所副所长，博士、讲师
陈丽勇：研究所副所长，博士、讲师
羊求民：研究所主要成员，博士、讲师
叶育伟：研究所主要成员，博士、讲师
吕 健：研究所主要成员，博士、讲师
【研究室主要研究内容及科研成果】
1、超细/纳米WC-Co复合材料与装备制造技术及产业化
钨是战略金属且50%以上的钨用来制造硬质合金。超细晶结构WC-Co硬质合金复合材料具有"高硬度、高强度"的特性，其综合性能高于传统硬质合金。其制备存在两大技术难题：一是需制备性能优良的纳米晶WC-Co复合粉体；二是需控制烧结过程中纳米WC晶粒的长大行为。针对上述技术关键，历时10年，创新性研发出了一条完整的高性能纳米碳化钨-钴复合材料的成套制备路线，在材料理论、制备工艺和装备方面取得了一系列重要发现、发明和重大创新：
1.1提出"均匀化、复合化、纳米化"制备高性能碳化钨-钴复合材料设计思想，发明了纳米钨基复合粉末及细晶碳化钨-钴复合材料制备技术。
1.2在国际上首次发明了超大型喷雾快速结晶系统、连续还原碳化装备、脱脂、烧结、淬火、回火多功能设备等重大粉末冶金技术和产业化装备，复合粉体及硬质合金产能分别提高3倍和1.5倍、能耗分别降低45%和30%，实现了高品质产品高效率绿色低耗产业化制造。
超大型喷雾快速结晶系统
超细/纳米WC-Co复合粉
2、难熔球形粉体与耐磨蚀表面强化涂层材料制备关键技术及装备研发
针对大型托辊、矿井支柱、主轴等关键部件在强磨损及腐蚀等恶劣服役条件下易发生过早失效，导致停产及材料浪费，从材料制备、涂层技术与装备三方面开展了研究。分别就球形WC粉体的制备开展了超高温雾化、等离子控制加热原位反应等关键制备技术开展了深入研究，并在此基础上研制开发了超高温雾化(熔体达到3000℃以上)生产装备和等离子表面强化涂层装备，为制造组织、结构和性能可控的球形难熔钨基粉体与耐磨耐蚀表面强化涂层材料提供了技术保障，获得了粉体材料、涂层材料组织均匀控制、性能稳定的制造技术。
超高温熔炼惰性气体雾化装置与球形WC粉末
等离子表面冶金强化涂层技术与装备
3、稀土强化梯度结构硬质合金球齿制备技术
自主研发出稀土强化梯度结构硬质合金球齿制备技术，开发强韧性与耐磨性俱佳的高性能硬质合金凿岩工具，以满足不断增长的市场需求。具体科技内容如下：(1)自主研发出"硬质合金混合料制备专有技术"、"梯度烧结工艺技术";(2)通过微量稀土（铈、镧等）添加，进行强化，利用稀土材料的小尺度效应和表面效应等特征进行扩散，合金的抗弯强度提高25%，产品使用寿命显着提高；(3)采用梯度结构设计，提高了球齿的耐磨性与韧性。
梯度结构与性能示意图
4、替代进口用高性能钨铜合金制备技术
随着航空航天、国防、新能源和微电子信息等高精尖端技术领域的快速发展，对铜钨合金的需求量及性能的要求越来越高，但铜钨由于其本身不互溶及其熔点相差巨大的特点。针对上述关键问题，课题组采用熔渗工艺，从提高铜钨界面润湿性方向着手，对铜、钨界面进行了系统而深入的研究从而提升合金的烧结致密度，提高合金综合性能。能够详细地阐明铜钨合金组织结构匹配与综合性能的构造关系，对充分发挥我省丰富的铜资源和钨资源优势、促进铜、钨资源大省向铜、钨材料强省迈进具有显著意义。
电火花加工电极用钨铜合金
5、高性能钨基粉末冶金材料制备技术
我国钨行业低端产能过剩、高端产品研发不足、产品同质化竞争加剧、产品附加值低等，技术水平和产品质量与国外先进企业相比差距较大。本技术立足于江西省优质钨资源高效利用及精深加工产业发展，重点解决高性能硬质合金棒材与高性能复杂岩层及深部钻探用硬质合金的超细均质WC粉和高品质超粗WC粉等原料、高性能超细晶均质硬质合金、高性能超粗晶硬质合金的制备技术，有望实现高端硬质合金系列产品在航空航天、能源装备、复杂岩土掘进等高端应用领域应用。
6、CVD-TiAlSiN涂层的制备、微结构表征与性能评价。
采用物理气相沉积方法（PVD）制备的非晶包覆纳米复合结构TiAlSiN涂层具有较高的硬度、较好的抗氧化性能和热稳定性、良好的耐磨损性能等，广泛用作硬质合金切削刀具的涂层。但是，PVD-TiAlSiN涂层的Al含量通常控制在20-45 at%之间，较低的Al含量限制了涂层抗氧化性能等其它性能的进一步提高，因此本课题采用CVD方法制备高铝含量的TiAlSiN涂层，希望进一步提高该类涂层的性能。目前，通过研究所和赣州澳克泰工具技术有限公司的攻关，已经制备除了成分、形貌均匀的CVD-TiAlSiN涂层。
CVD-TiAlSiN涂层的表面形貌和微观结构
7、金属陶瓷材料表/界面的性质的理论计算。
应用VASP等软件，采用第一性原理计算的方法，在原子层面对金属陶瓷材料的表面和界面性质进行预测以及对观察到的材料内部界面结构进行理论计算。
O在NbAl3表面吸附的相图(a) NbAl3(100) (b) NbAl3(110)
8、腐蚀防护技术
碳点是一种新型的纳米缓蚀剂，因其水溶性好，绿色环保，原料来源广泛，成本低廉，合成方法简单等优点而被应用于防腐领域。本研究室以柠檬酸基衍生物为基础，研制开发性能优越、成本低，绿色环保的高性能缓蚀剂。然后以高效分散的石墨烯为载体，通过苯胺低聚物与缓蚀剂的修饰，促进金属基体表面钝化膜与吸附膜的形成，实现涂层在腐蚀介质中的智能修复，该方法工艺简单，成本低廉，可以实现规模化生产。目前发表相关学术论文5篇，其中高被引2篇，一区3篇。
图1石墨烯基纳米容器的制备过程和缓蚀剂的负载
【研究所承担科研項目】
1.国家青年科学基金，非晶包覆纳米复合结构高铝AlTiSiN涂层制备的热力学反应机理及构效关系研究，2020/01-2022/12。
2.江西省博士后科研项目择优资助，Si掺杂对超高铝CVD-AlTiN涂层结构和性能的影响，2019/01-2020/12。
3.江西省重点研发计划，溶液预先添加晶粒抑制剂WC-Co复合材料的复相组织构建及性能调控、2020/01-2022/12。
4.中国博士后面上基金，V/Cr改性WC-Co复合材料短流程制备及其低温抑晶机理研究、2019/12-2021/11。
5.江西省博士后择优基金，稀土强化高性能WC-Co复合材料的可控制备与复相组织结构研究、2019/08-2021/07。
6.江西省科技重大研发专项子项目，微钻用高性能超细晶硬质合金制备机理研究，2020/01-2022/12。
7.江西省青年科学基金，水溶液沉淀法制备超细晶高钴硬质合金微观组织结构和性能研究，2019/01-2021/12。
8.企业横向课题，一种绝缘包覆粉体制备工艺开发，2020/09-2021/08，115万元。
9.企业横向课题，原料对硬质合金性能影响机理及关键产品开发与产业化，2019/07-2021/06，40万。
【研究所获奖及专利】
成果获奖
1.2008年国家科技进步二等奖，白（黑）钨矿洁净高效制取超高性能钨粉体成套技术及产业化
2. 2004年国家科技进步二等奖，切屑控制及刀具失效机理研究系列产品开发与产业化
3.2018年湖南省技术发明一等奖，W-Cu、WniFe和超细晶WC-Co材料先进制备技术与应用
4.2017年江西省科技进步三等奖，超细晶碳化钨-钴先进材料与装备制造技术及产业化
5.2016年中国有色金属工业科技进步一等奖，高性能纳米钨基材料制备技术及装备
6.2016年高等学校科学研究优秀成果奖科学技术进步奖(推广类)二等奖，纳米碳化钨－钴复合材料关键技术和装备集成创新及产业化
7.2014年赣州市科技进步一等奖（2014年江西省科技进步三等奖），稀土强化梯度结构硬质合金球齿制备技术
8.2012年中国有色金属工业科技进步二等奖，适用于多种成形剂与溶剂的节能高效喷雾干燥系统
9.2012年中国有色金属工业科技进步二等奖，水溶法制备超细纳米结构碳化钨/钴复合材料工业化成套技术与装备
10.2011年江西省高校科技成果一等奖，基于稀土添加的硬质合金涂层刀具制备关键技术及产业化
11.2010年中国有色金属工业协会科学技术二等奖，高性能多元稀土复合硬质合金刀具涂层制备关键技术及应用
授权发明专利
1、郭圣达、陈颢.双晶碳化钨协同增强铜基复合材料及其制备方法、201910598237.7
2、郭圣达、陈颢.协同增强铜基复合材料及其制备方法、201910256491.9
3、易健宏、郭圣达、鲍瑞.一种碳化钨－钴硬质合金的制备方法、201810526357.1
4、吕健、杜勇、章秋霖、吴杰、郑铮辉、阚高辉.一种废高钴粗晶硬质合金的再生方法. 202010274419.1
5、吕健、杜勇、张聪、周鹏、彭英彪、颜练武.一种金属陶瓷用碳氮化钛基固溶体粉末及制备方法. 107552802A.
6、吕健、汪航、吴杰、黄世春、方春生、王韶毅.一种热喷涂用WC-Co复合粉末的制备方法. 105648383A
7、羊求民、唐彦渊、徐国钻、张龙辉、陈丽勇毛莉，一种棒状紫钨的制备方法，202010519602.3
8、羊求民、毛莉、陈丽勇、陈颢、郭圣达、叶育伟，纳米钨粉及其制备方法，201910900085.1
9、羊求民、毛莉、陈丽勇，一种高熵合金的应用及其制备方法, 201811243974.7
10、羊求民、苏伟、陈丽勇、陈颢，高钴纳米/超细WC-Co复合粉末的制备方法, 201711431147.6
【研究所代表性论文】
专著
1.陈颢，李惠琪，羊建高.《等离子束表面冶金强化硬面材料设计、制备及性能研究》，冶金工业出版社，2017，ISBN：9787502475369
2.郭圣达，易健宏，陈颢，羊建高.《超细晶碳化钨-钴复合材料》，冶金工业出版社，2019，ISBN：9787502482763
3.羊建高，谭敦强，陈颢.《硬质合金》，中南大学出版社，2012，ISBN：9787548701729
论文
1、An effective corrosion inhibitor of N doped carbon dots for Q235 steel in 1 M HCl solution. Journal of Alloys and Compounds 815 (2020) 152338. (ESI高倍引，IF: 4.650)
2、Superhydrophobic oligoaniline-containing electroactive silica coating as pre-process coating for corrosion protection of carbon steel. Chemical Engineering Journal 348 (2018) 940–951. (ESI高倍引，IF: 10.652)
3、One-step synthesis of super-hydrophobic polyhedral oligomeric silsesquioxane- graphene oxide and its application in anti-corrosion and anti-wear fields. Corrosion Science 147 (2019) 9–21. (ESI高倍引，IF: 6.479)
4、Superior corrosion resistance and self-healable epoxy coating pigmented with silanzied trianiline-intercalated graphene. Carbon 142 (2019) 164-176. (ESI高倍引，IF: 8.821)
5、A high-efficiency corrosion inhibitor of N-doped citric acid-based carbon dots for mild steel in hydrochloric acid environment. Journal of Hazardous Materials 381 (2020) 121019. (ESI高倍引，IF: 9.038)
6、Enhanced anti-wear property of VCN coating in seawater with the optimization of bias voltage、Ceramics International、2020
7、Multi-functional graphene/carbon nanotube aerogels for its applications in supercapacitor and direct methanol fuel cell、Electrochimica Acta、2018
8、Effect of Mo and Y2O3 additions on the microstructure and properties of fine WC-Co cemented carbides fabricated by spark plasma sintering、International Journal of Refractory Metals & Hard Materials、2017
9、Morphology and carbon content of WC−6%Co nanosized composite powders using glucose as carbon source、Transactions of Nonferrous Metals Society of China、2018
10、The optimization of mechanical property and corrosion resistance of WC-6Co cemented carbide by Mo2C content、Ceramics International、2020
11、The role of Y2O3, Cu, Mo and Mo2C additives on optimizing the corrosion resistance of WC-6Co cemented carbide in HCl and NaOH solutions、Journal of Alloys and Compounds、2020
12、Investigation on reduction and carbonization process of WC-Co composite powder obtained by In situ synthesis、Journal of Alloys and Compounds、2019
POSS-tetraaniline modified graphene for active corrosion protection of epoxy-based organic coating. Chemical Engineering Journal 383 (2020) 123160. (IF: 10.652)
13、Corrosion protective mechanism of smart graphene-based self-healing coating on carbon steel. Corrosion Science 174 (2020) 108825. (IF: 6.479)
14、Study on self-healing and corrosion resistance behaviors of functionalized carbon dot-intercalated graphene-based waterborne epoxy coating. Journal of Materials Science & Technology 67 (2021) 226–236. (IF: 6.155)
15、A green and effective corrosion inhibitor of functionalized carbon dots. Journal of Materials Science & Technology 35 (2019) 2243–2253. (IF: 6.155)
16、Evaluation of the inhibition behavior of carbon dots on carbon steel in HCl and NaCl solutions. Journal of Materials Science & Technology 43 (2020) 144–153. (IF: 6.155)
17、Effect of carbon content on microstructure and mechanical properties of WC-10Co cemented carbides with plate-like WC grain[J]. Ceramics International, 2020, 46 1824-1829.
18、Fabrication and mechanical properties of WC-10Co cemented carbides with plate-like WC grains[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2019, 803: 860-865.
19、A DFT study on effects of W solution on cemented carbides Co phase pressurized properties[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2019, 806: 1242-1249.
20、A novel route for the synthesis of ultrafine WC-15 wt %Co cemented carbides, Journal of Alloys and Compounds, 2018, 748: 577-582.
21、Effects of VC/Cr3C2, on WC grain morphologies and mechanical properties of WC-6wt.%Co cemented carbides, Journal of Alloys and Compounds, 2017, 714: 245-250.
22、Synthesis of ultrafine WC-Co composite powders under hydrogen atmosphere with in situ carbon via a one-step reduction-carbonization process, International Journal of Applied Ceramic Technology, 2017, 14(2): 220-22.
23、The effects of fine WC contents and temperature on the microstructure and mechanical properties of inhomogeneous WC-(fine WC-Co) cemented carbides, Ceramics International, 2016, 42(16): 18100-18107.
24、Synthesis of ultrafine WC-10Co composite powders with carbon boat added and densification by sinter-HIP, International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 2017, 62: 104-109.
25、Synthesis and characterization of WC-Co nanosized composite powders with in situ carbon and gas carbon sources, Metals and Materials International, 2016, 22(4): 663-669.
26、Microstructures and properties of CoCrCuFeNiMox high entropy alloys fabricated by mechanical alloying and spark plasma sintering, Powder Metallurgy, 2018, 61:115-122.
27、Mechanism of the early stages of oxidation of WC–Co cemented carbides, Corrosion Science, 2016, 103: 75–87.
【研究所实验设备】
【研究所团队建设】
研究所现有常驻人员6人，在读博士生硕士生14人，协作人员13人，是一个积极、热情、团结的集体。在科研上，我们努力认真；在生活中，我们团结互助。在学校、学部领导的关心和全校师生的支持下，我们共同进步，共同成长，完成了许多重要的科研项目。在学习工作之余，开展了许多丰富多彩的活动，在游玩与娱乐中，增进了感情，培养了团队合作意识。
【研究生】
张钦英（研究生）、文彦（研究生）.2018年江西青年科技创新项目大赛三等奖。截止到目前研究所共培养毕业研究生12人，其中4人继续攻读博士学位，8人全部参加工作。
