一種窄粒度分布超粗晶碳化鎢粉末及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種窄粒度分布超粗晶碳化鎢粉末及其制備方法，該碳化鎢粉末中，80wt%~90wt%的碳化鎢粉末的粒徑在0.5D50~2D50之間，D50為中位徑；粒徑大于5D50的碳化鎢粉末少于0.5wt%；碳化鎢粉末的純度高于或等于99.9wt%；碳化鎢粉末的費(fèi)氏粒度≥15μm。經(jīng)球磨破碎處理后進(jìn)行X射線(xiàn)衍射物相分析，碳化鎢粉末中不含W2C等雜相。窄粒度分布的超粗碳化鎢粉末的制備方法包括氧化鎢高溫氫還原，超粗鎢粉的硬團(tuán)聚破碎，粒度分級(jí)，配碳，高溫碳化，碳化鎢粉破碎過(guò)篩。用所制備的碳化鎢粉末生產(chǎn)的超粗晶WC-Co硬質(zhì)合金組織結(jié)構(gòu)均勻，WC硬質(zhì)相平均晶粒尺寸粗大，合金的綜合性能好。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種窄粒度分布超粗晶碳化鎢粉末及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種窄粒度分布的超粗晶碳化鎢粉末及其制備方法。窄粒度分布的超 粗晶碳化鎢粉末主要用于制備超粗晶硬質(zhì)合金，生產(chǎn)新型高可靠長(zhǎng)壽命礦山工具、采掘工 具、軋機(jī)復(fù)合軋輥輥環(huán)、高耐磨抗沖擊模具等。
【背景技術(shù)】
[0002]超粗WC-Co硬質(zhì)合金用的超粗WC粉末原料具有晶體結(jié)構(gòu)完整、結(jié)構(gòu)缺陷少、顯微 硬度高、微觀應(yīng)變小、具有一定的塑性等一系列優(yōu)點(diǎn)，用其制造的硬質(zhì)合金韌性好、抗沖擊、 高溫硬度高、熱導(dǎo)率高、蠕變變形小，被廣泛用于礦山工具、石油鉆采工具、采煤機(jī)采掘工 具、隧道工程用盾構(gòu)機(jī)刀具、沖壓模具、復(fù)合軋輥、金屬表面硬面噴涂和噴焊等。
[0003]作為高性能礦用和工程用硬質(zhì)合金的主要原料，超粗碳化鎢粉末的粒度分布對(duì)硬 質(zhì)合金的質(zhì)量有決定性的影響。WC粉末的粒度分布過(guò)寬會(huì)顯著降低用其制備的超粗硬質(zhì) 合金的性能。一方面，合金燒結(jié)時(shí)，細(xì)顆粒的WC容易溶解并析出在粗大的碳化鎢上，產(chǎn)生 3(T60微米的粗大碳化鎢顆粒；另一方面，r3微米細(xì)顆粒碳化鎢也容易在合金中形成聚集 區(qū)。硬質(zhì)合金中廣3微米碳化鎢顆粒的聚集區(qū)以及3(T60微米的粗大碳化鎢易成為疲勞失 效的裂紋源，因此，制備窄粒度分布的超粗晶碳化鎢粉體具有重要的意義。
[0004]制備超粗碳化鎢粉的方法主要有粗顆粒鎢粉高溫碳化法、鋁熱法和摻堿金屬鹽氧 化鎢中溫還原和高溫碳化法。專(zhuān)利US4834963、CN87107470和CN200810044355. 5公開(kāi)了以 鎢精礦或氧化鎢、氧化鐵粉(氧化劑)、鋁或鋁鎳合金粉(還原劑)、碳化鈣或碳粉(碳化劑）為 原料，通過(guò)鋁熱反應(yīng)制備超粗碳化鎢粉體的方法。專(zhuān)利CN102268723將鋁熱反應(yīng)放在電弧 爐中，通過(guò)化學(xué)熱和電弧加熱的共同作用來(lái)制備超粗碳化鎢粉。鋁熱法制備超粗碳化鎢粉 的反應(yīng)復(fù)雜速度快、控制難度大、產(chǎn)物的雜質(zhì)難以完全去除而影響合金的綜合性能，一般用 于熱噴涂而不用于高性能超粗晶硬質(zhì)合金的生產(chǎn)。專(zhuān)利CN1452593A和專(zhuān)利US6749663B2 采用氧化鎢摻堿金屬鹽，形成低熔點(diǎn)的中間相來(lái)制備超粗鎢粉和碳化鎢粉，采用此方法容 易引進(jìn)堿金屬雜質(zhì)。專(zhuān)利CN101664809通過(guò)控制濕氫還原氣氛，經(jīng)過(guò)高溫氫氣還原得到超 粗鎢粉；將超粗鎢粉配碳、球磨混合、高溫碳化、破碎、過(guò)篩，獲得粗顆粒碳化鎢粉末。粗顆粒 鎢粉高溫碳化、鋁熱法和摻堿金屬鹽氧化鎢中溫還原和高溫碳化等方法所制備的超粗碳化 鎢粉末的粒度分布寬，合金難以獲得高性能，使用效果和壽命不佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)碳化鎢的粉末的粒度分布，本發(fā)明提供了一種窄粒度分布的超粗碳化鎢粉末 及其制備方法。
[0006]一種窄粒度分布超粗晶碳化鎢粉末，其主要特征為：
[0007](1) 80wt%?90wt%的碳化鎢粉末的粒徑在0. ro5(l?2D5(l之間，D5(l為中位徑，中位徑 (D50)是質(zhì)量累積分布達(dá)到50%時(shí)的粒徑，即80wt%的碳化鎢的粒徑在中位徑D5(i的一半至 兩倍的中位徑之間；[0008](2)粒徑大于OT5tl (5倍中位徑)的碳化鎢粉末少于0.5wt% ；
[0009](3)碳化鎢粉末的化學(xué)純度高于或等于99.9wt% ；
[0010](4)碳化鎢粉末的費(fèi)氏粒度(Fsss粒度)≥ 15ym；
[0011](5)碳化鎢粉末中總碳含量在6.07wt9T6.19wt%之間，其中，化合碳含量 6.07wt%，游離碳含量≤ 0.07wt% ；Fe ( 0.02wt%, Mo ( 0.02wt%，氯化殘?jiān)?0.01wt%。
[0012]所述碳化鎢粉末，球磨破碎后進(jìn)行X射線(xiàn)衍射物相分析碳化鎢粉末中不含W2C等雜質(zhì)相。
[0013]窄粒度分布的超粗晶碳化鎢粉末的制備方法，包括如下步驟:氧化鎢高溫氫還原，超粗鎢粉硬團(tuán)聚體破碎，鎢粉粒度分級(jí)，配碳，高溫碳化和碳化鎢破碎過(guò)篩等。
[0014]所述的氧化鎢高溫氫還原，是選擇費(fèi)氏粒度(Fsss粒度)10 μ m以上(包含10 μ m)的氧化鎢粉末進(jìn)行高溫氫還原，制成粗顆粒W粉。所述氧化鎢主要采用wo3、wo2.9或者兩者的混合物，所述高溫氫還原溫度范圍為1000°c~1300°C。高溫氫氣還原過(guò)程中鎢顆粒易通過(guò)熱擴(kuò)散形成“硬團(tuán)聚體”。
[0015]所述的超粗鎢粉硬團(tuán)聚體破碎，是將粗顆粒鎢粉中形成的“硬團(tuán)聚體”破碎，“硬團(tuán)聚體”破碎主要采用攪拌球磨、滾動(dòng)球磨和氣流磨中的至少一種。
[0016]所述的鎢粉粒度分級(jí)是將破碎后超粗鎢粉進(jìn)行氣流分級(jí)或者過(guò)振動(dòng)篩的方法分級(jí)，除去較細(xì)小的和特別粗大的鎢顆粒，獲得滿(mǎn)足后續(xù)碳化工序所需平均粒度和粒度分布的超粗鎢粉，鎢粉末的粒度分布滿(mǎn)足90被％鎢粉末的粒徑在0.5D50^2D50之間，D50為鎢粉的中位徑，且鎢粉的費(fèi)氏粒度(Fsss粒度)≥12μm0
[0017]所述的配碳是按碳化鎢粉的總碳含量為6.13±0.06wt%進(jìn)行球磨配碳黑。
[0018]所述的高溫碳化是將配碳后的混合料裝入石墨舟和碳化爐中，在160(T250(TC溫度區(qū)間進(jìn)行高溫碳化，碳化時(shí)間為廣20小時(shí)，碳化氣氛為真空、氬氣或氫氣。
[0019]所述的碳化鎢破碎過(guò)篩，是將碳化后獲得的碳化鎢裝入球磨筒，采用滾動(dòng)球磨或攪拌球磨中的一種或兩種方式進(jìn)行碳化料的球磨破碎。球磨破碎后，對(duì)所得粉末進(jìn)行過(guò)篩，例如100目過(guò)篩，除去研磨球，獲得所需窄粒度分布超粗WC粉。
[0020]上述窄粒度分布超粗晶碳化鎢粉末在制備超粗WC硬質(zhì)合金，如超粗WC-Co硬質(zhì)合金中的應(yīng)用。
[0021]以本發(fā)明工藝方法制備的WC粉末為原料，所生產(chǎn)的WC-Co硬質(zhì)合金韌性高，耐熱疲勞性能好，WC硬質(zhì)相的平均晶粒度≥6μπι。合金特別適用于礦山工具、石油鉆采工具、采煤機(jī)截齒工具、隧道工程用盾構(gòu)機(jī)刀具等優(yōu)異綜合性能、長(zhǎng)使用壽命的新型硬質(zhì)合金工具。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是窄粒度分布超粗晶碳化鎢粉末的顆粒形貌。
[0023]圖2是窄粒度分布超粗晶碳化鎢粉末的粒度分布。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施形式。實(shí)施形式是為了加深對(duì)本發(fā)明的理解而舉出的例子，不應(yīng)構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。本發(fā)明的范圍應(yīng)該是權(quán)利要求中的內(nèi)容。在不超越本發(fā)明要旨的前提下，實(shí)施形式能夠做多種多樣的變更。[0025]本發(fā)明窄粒度分布超粗晶碳化鎢粉末的制備方法，包括如下步驟:
[0026](I)氧化鎢高溫氫還原:選擇費(fèi)氏粒度(Fsss粒度)大于10 μ m的氧化鎢粉末進(jìn)行高溫氫還原，制成粗顆粒W粉。所述氧化鎢主要采用W03、WO2.9或者兩者的混合物，所述高溫氫還原溫度范圍為1000°c~1300°C。
[0027](2)超粗鎢粉硬團(tuán)聚體破碎:將粗顆粒鎢粉中形成的“硬團(tuán)聚體”破碎，“硬團(tuán)聚體”破碎主要采用攪拌球磨、滾動(dòng)球磨和氣流磨中的至少一種。
[0028](3)鎢粉粒度分級(jí):將破碎后超粗鎢粉進(jìn)行氣流分級(jí)或者過(guò)振動(dòng)篩的方法分級(jí)，除去較細(xì)小的和特別粗大的鎢顆粒，獲得滿(mǎn)足后續(xù)碳化工序所需平均粒度和粒度分布的超粗鎢粉。
[0029](4)配碳:按碳化鎢粉的總碳含量為6.13±0.06wt%進(jìn)行球磨配碳黑。
[0030](5)高溫碳化:將配碳后的混合料裝入石墨舟和碳化爐中，在160(T2500°C溫度區(qū)間進(jìn)行高溫碳化，碳化時(shí)間為廣20小時(shí)，碳化氣氛為真空、氬氣或氫氣。
[0031](6)碳化鎢破碎分級(jí):將碳化后獲得的碳化鎢裝入球磨筒，采用滾動(dòng)球磨、攪拌球磨和振動(dòng)球磨中的一種或兩種方式進(jìn)行碳化料的球磨破碎。球磨破碎后，對(duì)所得粉末進(jìn)行過(guò)篩,除去研磨球,獲得所需窄粒度分布超粗WC粉。
[0032]實(shí)施例1
[0033]將窄粒度分布費(fèi)氏粒度(Fsss粒度)為15 UmWO3粉末，在1300°C進(jìn)行還原3h，獲得粗顆粒W粉。在不銹鋼攪拌球磨筒中裝入高溫還原的高純粗鎢粉50kg，球料比為2:1，球磨4h后過(guò)振動(dòng)篩，在200目~270目篩網(wǎng)之間可獲得費(fèi)氏粒度為26μπι的粗鎢粉。將所得粗顆粒鎢粉配碳量6.17wt%并·球磨混合2h。然后裝入石墨舟皿，在真空中頻感應(yīng)碳化爐中碳化，碳化工藝參數(shù)為1700°C保溫4h后升溫到2400°C保溫3h，隨爐冷卻到可出爐溫度后出料。將獲得的碳化鎢團(tuán)塊按1:1的球料比經(jīng)滾動(dòng)球磨破碎3h，對(duì)所得粉末進(jìn)行100目過(guò)篩，除去研磨球，獲得費(fèi)氏粒度為30 μ m, D50粒度為39.8 μ m窄粒度分布超粗WC粉，80wt%的碳化鶴的粒徑在20 μ m至80 μ m之間；粒徑大于200 μ m的碳化鶴粉末少于0.5wt% ;碳化鎢粉末的化學(xué)純度高于或等于99.9wt% ;進(jìn)行X射線(xiàn)衍射物相分析，碳化鎢粉末中不含W2C等雜質(zhì)相，化合碳含量為6.10wt%，總碳含量為6.16wt%之間，游離碳含量為0.06wt%,Fe為
0.01wt%, Mo 為 0.005wt%,氯化殘?jiān)?0.01wt%。
[0034]實(shí)施例2
[0035]將窄粒度分布費(fèi)氏粒度(Fsss粒度)為10ymW02.9粉末，在1000°C進(jìn)行還原5h，獲得粗顆粒W粉。在滾動(dòng)球磨機(jī)不銹鋼球磨筒中裝入高溫還原的高純粗鎢粉50kg，球料比為2: 1，球磨3h，將粉末中的“硬團(tuán)聚體”分解破碎后，經(jīng)200目篩網(wǎng)過(guò)篩，再經(jīng)過(guò)旋風(fēng)氣流分級(jí)，除去細(xì)顆粒鎢粉獲得窄粒度分布的粗晶鎢粉，95wt%鎢粉末的粒徑在12 μ m至56 μ m之間。將所得粗顆粒鎢粉配碳黑，配碳量為6.13wt%，然后每石墨舟皿100公斤料裝入立式中頻感應(yīng)高溫碳化爐中，在氫氣保護(hù)氣氛中碳化，碳化溫度為2300°C，碳化時(shí)間為4h。爐冷后出爐的碳化料按3:1的球料比經(jīng)攪拌球磨破碎3h，經(jīng)過(guò)100目篩過(guò)篩后，獲得粒度分布窄的粗晶碳化鎢粉，費(fèi)氏粒度為24 μ m, D50粒度為30 μ m，其中89wt%的碳化鎢的粒徑在15 μ m至60 μ m之間,粒徑大于150 μ m的碳化鶴粉末少于0.5wt% ;碳化鶴粉末的化學(xué)純度高于或等于99.9wt% ;進(jìn)行X射線(xiàn)衍射物相分析，碳化鎢粉末中不含W2C等雜質(zhì)相，化合碳含量為
6.09wt%,總碳含量為6.12wt%之間，游離碳含量為0.03wt%,Fe為0.01wt%,Mo為0.005wt%,氯化殘洛< 0.01wt%o
[0036]實(shí)施例3
[0037]將窄粒度分布費(fèi)氏粒度(Fsss粒度)為12 μ mff02.9與WO3的混合粉末，在1200°C進(jìn)行還原4h,獲得粗顆粒W粉。在氣流磨中破碎并經(jīng)旋風(fēng)氣流分級(jí),除去細(xì)顆粒鶴粉獲得窄粒度分布的粗晶鎢粉，90被％鎢粉末的粒徑在14μπι至58μπι之間。將所得粗顆粒鎢粉配碳黑，配碳量為6.12wt%，然后每石墨舟皿100公斤料裝入立式中頻感應(yīng)高溫碳化爐中，在氬氣保護(hù)氣氛中碳化，碳化溫度為2200°C，碳化時(shí)間為6h。爐冷后出爐的碳化料按2:1的球料比經(jīng)振動(dòng)球磨破碎3h,經(jīng)過(guò)100目篩過(guò)篩后,獲得粒度分布窄的粗晶碳化鶴粉,費(fèi)氏粒度為28 μ m, D50粒度為32 μ m，其中80wt%的碳化鎢的粒徑在16 μ m至64 μ m之間，粒徑大于160 μ m的碳化鶴粉末少于0.5wt% ;碳化鶴粉末的化學(xué)純度高于或等于99.9wt% ;進(jìn)行X射線(xiàn)衍射物相分析，碳化鎢粉末中不含W2C等雜質(zhì)相，化合碳含量為6.09wt%,總碳含量為
6.llwt%之間，游離碳含量為0.02wt%, Fe為0.01wt%，Mo為0.005wt%，氯化殘?jiān)?.01wt%。
[0038]如圖1、2所示，是窄粒度分布超粗晶碳化鎢粉末的顆粒形貌和粒度分布圖?？梢钥吹?，本發(fā)明制備的超粗晶碳化鎢粉末的微觀組織結(jié)構(gòu)均勻，粒度分布窄。
[0039]實(shí)施例1-3所制備的碳化鎢粉末生產(chǎn)的超粗晶WC-Co硬質(zhì)合金組織結(jié)構(gòu)均勻，WC硬質(zhì)相平均晶粒尺寸粗大，合金 的綜合性能好。
【權(quán)利要求】
1.一種窄粒度分布超粗晶碳化鶴粉末，其特征在于:80wt°/T90wt%的碳化鶴粉末的粒徑在0.5D50^2D50之間，D50為中位徑；粒徑大于OT5tl的碳化鎢粉末少于0.5wt% ;碳化鎢粉末的純度高于或等于99.9wt% ;碳化鎢粉末的費(fèi)氏粒度《15 μ m。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的窄粒度分布超粗晶碳化鎢粉末，其特征在于:所述碳化鎢粉末中，總碳含量在6.07wt%~6.19wt%之間，F(xiàn)e ( 0.02wt%, Mo ( 0.02wt%,氯化殘?jiān)黕 0.01wt%o
3.權(quán)利要求1或2所述的窄粒度分布超粗晶碳化鎢粉末的制備方法，其特征在于包括如下的步驟:氧化鎢高溫氫還原，超粗鎢粉硬團(tuán)聚體破碎，鎢粉粒度分級(jí)，配碳，高溫碳化和碳化鎢破碎過(guò)篩。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的窄粒度分布超粗晶碳化鎢粉末的制備方法，其特征在于:所述的氧化鎢高溫氫還原為將費(fèi)氏粒度10 μ m以上的氧化鎢粉末進(jìn)行高溫氫還原，制成粗顆粒鶴粉。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的窄粒度分布超粗晶碳化鎢粉末的制備方法，其特征在于:所述氧化鎢粉末為wo3、wo2.9或者兩者的混合物，所述高溫氫還原溫度為1000°C~1300°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的窄粒度分布超粗晶碳化鎢粉末的制備方法，其特征在于:所述的超粗鎢粉硬團(tuán)聚體破碎是將粗顆粒鎢粉中形成的硬團(tuán)聚體進(jìn)行破碎，采用攪拌球磨、滾動(dòng)球磨和氣流磨中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的窄粒度分布超粗晶碳化鎢粉末的制備方法，其特征在于:所述的鶴粉粒度分級(jí)是將破碎后的鶴粉進(jìn)行氣流分級(jí)或者過(guò)振動(dòng)篩分級(jí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的窄粒度分布超粗晶碳化鎢粉末的制備方法，其特征在于:所述的配碳是按碳化鎢粉的總碳含量為6.13±0.06被％進(jìn)行球磨配碳黑；所述的高溫碳化是將配碳后的混合料裝入石墨舟和碳化爐中，在160(T2500°C溫度區(qū)間進(jìn)行高溫碳化,碳化時(shí)間為廣20小時(shí)，碳化氣氛為真空、氬氣或氫氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的窄粒度分布超粗晶碳化鎢粉末的制備方法，其特征在于:所述的碳化鎢破碎是將碳化后獲得的碳化鎢裝入球磨筒，采用滾動(dòng)球磨、攪拌球磨和振動(dòng)球磨中的一種或兩種方式進(jìn)行球磨破碎，然后對(duì)所得粉末進(jìn)行過(guò)篩。
10.權(quán)利要求1或2所述的窄粒度分布超粗晶碳化鎢粉末在制備超粗碳化鎢硬質(zhì)合金中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】C01B31/34GK103570019SQ201210274420
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月3日
【發(fā)明者】曹瑞軍, 林晨光, 郭華彬, 郭名亮, 朱啟偉, 劉小平, 林中坤 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院, 江西耀升工貿(mào)發(fā)展有限公司