“超级硬质合金”最早是由国内难熔金属及硬质材料领域资深创新创业家、十四五规划重点新材料领军人物、湖南铼因集团、金刚精工品牌创始人秦寒梅女士主导并于2021年创新性提出，是集高强、高温、高硬等优异性能于一身的新型高性能硬质合金材料发展概念。要搞懂什么是超级硬质合金材料，先来分析和了解一下“超级合金”和“硬质合金”两种材料之间的差异性、互补性和在特定的应用领域里须具有的逻辑关联性。

高温合金是指以铁、镍、钴为基础，添加有其它多种难熔金属组分，能在700℃（甚至1000℃）以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类合金材料。高温合金具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能，因此被称为“超级合金”，主要应用于航空航天驱动领域和能源领域。

氧化和腐蚀是金属材料的软肋。在高温条件下，金属的氧化腐蚀反应将大大加速，金属表面会变得粗糙，影响其准确性和强度，甚至会报废零件。如果它在腐蚀性介质（高温和高压汽油燃烧后的气体中的磷，硫和钒）的高温条件下工作，腐蚀效果将更加明显，因此高温合金必须具有较高的抗氧化性和抗腐蚀性。

在高温下运行的合金还必须具有足够的抗蠕变性能（抗蠕变性能即指固体材料在一定应力下抵抗缓慢且连续变形的能力），以确保它们在经受一定的温度和应力条件下进行长时间工作，总变形仍能保持在一定的公差范围内。

高温合金在高温条件下或在交替温度条件下工作，比常温下更容易发生疲劳破坏，或由于工作期间反复的快速冷热变化而引起相当大的热应力。因此高温合金必须具有良好的抗疲劳性（抗疲劳性即指在长期变化的载荷下，材料或零件抵抗突然断裂或失效的能力）。

基于难熔金属的熔点普遍在2000℃以上（W钨熔点3400℃，Re铼3180℃，Ta钽2996℃，Mo钼2615℃，Nb铌2415℃）这一特点，为了满足最新一代具有大推重比、大运载能力的高科技航空航天装备的需求，适用于制造在高温、高应力环境中工作的航空、航天飞行器发动机核心组件，意味着高温合金需要在1500℃以上的极高烧蚀性环境中服役。这就要求在高温合金中必须添加大量的难熔金属元素进行材料强化。其中，在上述五个（钨、铼、钼、钽、铌）最具代表性的难熔元素中，铼元素的添加效果最为显著，发挥出的“铼效应”是所有包含铁系、镍系、钴系在内的高温合金材料中最为显著的“壮骨强筋”效应。

硬质合金是以一种或几种难熔金属碳化物（碳化钨、碳化钛等）的粉末为主要成分，加入作为粘结剂的金属粉末（钴、镍等），经粉末冶金法而制得的合金。硬质合金的基体由两部分组成：一部分是硬质相；另一部分是粘结相。

硬质相一般是元素周期表中的过渡金属碳化物，如碳化钨、碳化钛、碳化钽等。它们的硬度很高，熔点在2000℃以上，有的甚至超过4000℃。此外，过渡金属的氮化物、硼化物和硅化物具有相似的性质，也可以作为硬质合金中的硬化相。硬质相的存在决定了硬质合金极高的硬度和耐磨性。而粘结相即结合金属，一般为铁族金属，常用的有钴和镍。

1923年，德国的施莱特（Schreiter）在碳化钨中添加了10%的钴，作为碳化钨粉末的粘合剂，从而发明了一种碳化钨和钴的新合金，其硬度仅次于金刚石，开始被称之为“硬质合金”。1929年，美国的施瓦茨科夫（Schwarzkov）在原有硬质相成分中添加了一定数量的碳化钨和碳化钛的复合碳化物，从而进一步改善了刀具切削钢的性能，这是硬质合金发展史上的又一成就。

硬质合金具有一系列优异的性能，例如高硬度，耐磨性，高强度，耐热性和耐腐蚀性，尤其是其高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时也具有很高的硬度。硬质合金被广泛用作切削钢件，不锈钢，耐热合金，铸铁，有色金属，塑料，化纤，石墨，玻璃，石材和其它难加工材料的刀具材料，例如车刀，铣刀，刨床，钻头，丝锥，镗刀等。选择硬质合金用于切削难加工材料，也是具有很高的性价比优势，例如耐热不锈钢，高锰钢，工具钢，高温合金，钛合金，甚至很多难熔金属合金（如钨、钼、钽、铌等等）。现在，新型硬质合金刀具的切削效率，已经达到碳钢的数百倍，高速钢的数十倍，是目前市场上最普遍使用的切削刀具主流材料，市场占有份额高达70%以上。

硬质合金还可用于制造凿岩工具，采矿工具，钻孔工具，量具，易损件，金属磨削工具，气缸套，精密轴承，喷嘴等。涂层硬质合金已经面世近二十年，1969年，瑞典成功开发了碳化钛涂层刀具，刀具的基础是钨钛钴硬质合金或钨钴硬质合金。表面碳化钛涂层的厚度只有几微米，但与同等级的合金工具相比，使用寿命延长了3倍，切割速度提高了25%至50%。第四代涂层刀具出现在1970年代，用于切削难加工的材料。

下面要阐述的，就是本文的材料创新核心观点：

高温合金中，铼效应的深层作用机理比较复杂，至今为止材料科学家们还未完全掌握，仍处于探索阶段。但就高温合金中对铼的添加实施结果而言，有一点是十分确定的，那就是铼的添加，能显著的提高包含铁系、镍系、钴系在内的高温合金材料的强韧度和抗高温变形能力。

硬质合金的制造工艺流程，是将原料（硬化相和粘结相）按照指定的组成比例进行混合，添加酒精或其他介质，在湿式球磨机中湿磨，以便将它们粉碎并充分混合、干燥、筛分，得到的混合物再添加诸如石蜡或胶质，然后干燥并通过筛分、造粒等改善流动性的处理，利用粉末冶金方法通过压力和模具压制成型，并加热至接近粘结相金属熔点的温度（1300至1500℃）时（这一过程叫做烧结），硬化相与粘结相金属形成共晶合金。冷却后，硬化相分布在相互紧密连接以形成固态整体的结合金属网格中。硬质合金的硬度取决于硬化相的含量和晶粒尺寸，即硬化相的含量越高，晶粒越细，则硬质合金硬度越大；硬质合金的韧性由结合金属决定，结合金属含量越高，刚度越高，则硬质合金抗弯强度越大。

单就原料成分配比而言，在硬质合金中，硬质相和粘结相的含量是此消彼长的关系，换言之，如要使得硬质相的含量增高，硬度和耐磨度提高，则势必会降低粘结相金属的含量，从而降低硬质合金的整体强度；反之，如要使粘结相金属的含量增高，从而让强度得到提高，则势必会降低硬质相的含量，从而降低硬质合金的硬度和耐磨度。所以，一般情况下，硬质合金的两项重要性能指标：硬度和强度，就如同跷跷板一样，很难两全。

“超级硬质合金”材料概念的推出，就很好地解决了这一问题。它是利用了这个“铼效应”的共性特点，将超合金的高强度、高耐温、高耐热腐蚀的优点创造性地移植到传统的硬质合金材料里面，对硬质合金里原有的粘结相金属（铁、钴、镍系）进行一番“铼效应”的强化，从而达到让硬质合金的硬度和强度指标“双高双飞”的效果。

超级硬质合金目前主要有两大应用方向：①用于制造高速切削和专门加工应对硬、韧等难加工材料的切削刀具、刃具；②用来制作高速及高精密冲压模具、冷镦模、拉伸模，量具和耐受冲击、振动的高耐磨零件；

在机加工行业中主要的被切削加工金属材料类型有有P、M、K、N、S、H六类，分别代表的是：P类普通钢件，M类不锈钢及铸钢，K类铸铁，N类铜铝等有色金属，S类以耐热不锈钢、特殊钢、钛合金、难熔合金、高温合金为典型代表的难加工材料，H类淬硬钢、硬材。其中最难加工的是S类难加工材料，它对刀具材质的耐磨性，红硬性提出更高更苛刻的要求，普通的硬质合金刀具难以满足其加工要求。

金刚精工采用将超级合金的高强、高耐温和硬质合金的高硬、高耐磨两种优势进行巧妙的移植融合，从而在国内首创“超级硬质合金”的新材料概念。金刚精工的研发人员通过在传统钨钴系和钨钴钛系硬质合金中添加铼、钌、锇等稀有难熔元素组分进行研究，发现不仅显著抑制WC晶粒的异常长大，同时对于钴粘结相也起到明显固溶强化的效果，在一定程度上提升了合金的硬度，同时也大幅提高了合金的强韧度和红硬性，降低了硬质合金热传导性以保证切削中热量最小程度向刀体传递。另外，钌、铼、锇等元素的添加还可以提高WC-Co系硬质合金在酸性溶液中的耐腐蚀性能，降低腐蚀速率。

在以上比较优势的综合影响下，金刚精工通过大量的切削应用实验证明：一般针对M、H类，尤其是S类难加工材料的工件来说，用添加铼、钌、锇等稀有难熔元素组分的超级硬质合金材质制造的高性能切削刀具，其切削效率、使用寿命和性价比，比起普通常规材质牌号的硬质合金刀具而言，能显著提升2~3倍。