粗單晶碳化鎢的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種粗單晶碳化鎢的制備方法，其原料組份配比為鎢粉：50-94份，碳黑：3-10份，鋁熱反應劑：0-30份，晶粒長大促進劑：0-10份。本發(fā)明通過鎢粉的精選、以及其他組分的優(yōu)選和組合。采用高溫碳化和鋁熱反應的瞬間超高溫及長時間高溫反應和晶粒長大促進劑促進晶粒發(fā)育長大，制備的碳化鎢晶粒發(fā)育完整、粗大，顆粒尺寸可達420-5μm。
【專利說明】
粗單晶碳化鎢的制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于粉末冶金領域，尤其涉及一種粗單晶碳化鎢的制備工藝。

【背景技術】
[0002]粗單晶碳化鎢是應用于表面材料及表面技術的一種重要的超硬材料，通過采用熱噴涂技術、堆(噴)焊技術、熔滲技術，將其與基體材料結(jié)合，可以滿足耐磨耐腐蝕耐沖蝕等功能要求，延長設備及工件的使用壽命。粗單晶碳化鎢也是粉末冶金(硬質(zhì)合金)領域中制備礦山工具、沖壓模具等需要耐磨損耐沖擊的一種主要的原料。
[0003]制備粗超粗碳化鎢目前國內(nèi)外的各種工藝，因受本身工藝條件、設備的限制，存在各種不同的問題，要么顆粒為團聚顆粒，要么晶粒不夠粗大，要么晶粒發(fā)育不完整，要么因采用酸洗等工藝污染環(huán)境。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于:針對上述存在的問題，提供一種制備顆粒團聚少、晶粒粗大、晶粒發(fā)育完整、無環(huán)境污染的粗單晶碳化鎢的制備工藝。
[0005]本發(fā)明采用的制備步驟如下:
[0006]步驟一、配料
[0007]將鎢粉FSSS (費氏)粒度2-20um、含碳量為6.08-6.18% (重量百分比)冶金碳墨、招熱反應劑(Al = Fe2O3=1: (1.5-2.5)、晶粒長大促進劑(鈷粉或鎳粉)按下述組份配比:
[0008]鎢粉:50-94份，碳黑:3-10份，鋁熱反應劑:0_30份，晶粒長大促進劑:0_10份；
[0009]步驟二、混合
[0010]將上述配比的組分均勻混合；
[0011]步驟三、碳化
[0012]將混合好的物料放入碳化爐碳化，冷卻出爐；
[0013]步驟四、破碎分級
[0014]冷卻后的碳化鎢塊經(jīng)過破碎，精細分級及氣流分級制備成所需顆粒的碳化鎢產(chǎn)品O
[0015]上述步驟一中的原料配比優(yōu)選為:鎢粉:60-92份，碳黑:3.7_5.6份，鋁熱反應劑:2-28份，晶粒長大促進劑:0.4-8.3份。
[0016]本發(fā)明在原料配比工序，通過鎢粉的精選、以及其他組分的優(yōu)選和組合，經(jīng)過碳化和破碎，獲得了理想的粗單晶碳化鎢。其中:
[0017](I)鶴粉的精選:鶴粉的粒度是直接影響晶粒長大的關鍵因素，鶴粉的粒度過小，鎢粉松裝密度小，鎢粉與鎢粉接觸少，減少了晶粒長大的機會，而且晶粒在少，也增加了晶粒長大的難度；鎢粉太粗，形成的碳化鎢也粗，難以熔化和或熔解于晶粒長大促進劑中，導致晶粒長大困難。本發(fā)明控制鎢粉FSSS (費氏)粒度在2-20um范圍內(nèi)。
[0018](2)鋁熱反應劑(Al、Fe2O3)的作用是在高溫下發(fā)生劇烈反應，瞬間產(chǎn)生3000°C左右的聞溫，聞溫加速碳化鶴和碳化_■鶴的碳化反應，而且初步生成的細晶粒碳化鶴和碳化~■鶴聞溫溶解，包覆在粗晶(顆)粒的碳化鶴表面，將單獨存在的粗晶(顆)粒粘結(jié)在一起，并堆充碳化鎢顆粒之間的間隙。待物料進入冷卻區(qū)后，熔解的碳化鎢和碳化二鎢在粗晶(顆)粒的碳化鎢表面沿著碳化鎢晶粒長大方式結(jié)晶析出長大。在此高溫下，添加的鋁熱反應劑及其它雜質(zhì)蒸發(fā)揮發(fā)，從而凈化單晶/粗晶碳化鎢的成份，降低單晶/粗晶碳化鎢的雜質(zhì)含量。
[0019](3)晶粒長大促進劑，采用金屬鈷粉(或金屬鎳粉)作為晶粒長大促進劑，它與碳化鎢、鎢、碳化二鎢有很好的潤濕性，同時它在高溫下能溶解碳化鎢，促使晶粒長大，在低溫下結(jié)晶析出碳化鎢。鈷粉除部分在超高溫下?lián)]發(fā)，還有部分仍殘留，殘留的鈷粉不會造成對碳化鎢后續(xù)正常使用的影響。如作為表面材料不會對表面涂層性能產(chǎn)生不利影響，作為硬質(zhì)合金原料，也不會對硬質(zhì)合金性能產(chǎn)生不利影響。是一種較佳的晶粒長大促進劑。
[0020](4)碳化工序采用中頻感應加熱方式和紅外測溫控制，該加熱方式克服了常規(guī)石黑管碳化爐最高運行溫度不超過2300°C的不足，使用溫度能達到2600°C，有利于碳化鎢晶粒的長大。紅外測溫，溫度控制穩(wěn)定及準確，碳化效果好。
[0021](5)破碎、分級工序，將制備的WC.W2C共晶體經(jīng)過反擊式破碎、對輥破碎或鄂式破碎機破碎，根據(jù)產(chǎn)品要求采用不同等線的篩分，經(jīng)過氣流分級技術制備不同粒度及粒度組成要求的鑄造碳化鎢。
[0022]本發(fā)明的有益效果是，采用高溫碳化和鋁熱反應的瞬間超高溫及長時間高溫反應和晶粒長大促進劑促進晶粒發(fā)育長大，制備的碳化鎢晶粒發(fā)育完整、粗大，顆粒尺寸可達420-5 μm。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]本發(fā)明將通過實施例并參照附圖的方式說明，其中:
[0024]圖1是傳統(tǒng)粗顆粒碳化鎢掃描電鏡SEM照片。
[0025]圖2是本發(fā)明工藝制備的粗單晶碳化鎢金相照片。

【具體實施方式】
[0026]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[0027]實施例1
[0028]一種粗單晶碳化鎢的制備方法，所需的原料包括鎢粉FSSS (費氏)粒度2-20um，含碳量為6.08-6.18% (重量百分比)冶金碳墨，鋁熱反應劑(Al = Fe2O3=1: (1.5-2.5)、鈷粉，具體步驟如下:
[0029]步驟一、配料
[0030]將原料按下述重量份配比:
[0031]鎢粉:60份，
[0032]碳黑:3.7 份，
[0033]鋁熱反應劑:28份，
[0034]鈷粉:8.3 份；
[0035]步驟二、混合
[0036]將上述配比的組分均勻混合；
[0037]步驟三、碳化
[0038]將混合好的物料裝舟，機械或人工壓緊。放入感應加熱超高溫連續(xù)碳化爐中碳化，紅外測溫控制。裝舟量為20Kg/舟，推舟速度為120分鐘/舟，碳化溫度2600攝氏度，冷卻出爐；
[0039]步驟四、破碎分級
[0040]冷卻后的碳化鎢塊經(jīng)過反擊式破碎、對輥破碎或鄂式破碎機破碎，精細分級及氣流分級制備成所需顆粒的碳化鎢產(chǎn)品。
[0041]采用本實施例制備的粗單晶碳化鶴,其晶粒碳化鶴顆粒尺寸可達420-5 μ m。金相照片見圖2，與圖1中的傳統(tǒng)工藝制備的碳化鎢顆粒相比較，其晶粒發(fā)育完整、粗大，圖中的碳化鶴單晶尺寸可以聞達50μηι。
[0042]實施例2
[0043]除下述具體步驟的工藝參數(shù)差異，其余同實施例1:
[0044]步驟一、配料
[0045]將原料按下述重量份配比:
[0046]鎢粉:80份，
[0047]碳黑:5份，
[0048]鋁熱反應劑:10份，
[0049]鈷粉:5份；
[0050]步驟二、混合
[0051 ]將上述配比的組分均勻混合；
[0052]步驟三、碳化
[0053]裝舟量為IKg/舟，推舟速度為5分鐘/舟，碳化溫度2000攝氏度，冷卻出爐；
[0054]步驟四、破碎分級
[0055]實施例3
[0056]除下述具體步驟的工藝參數(shù)差異，其余同實施例1:
[0057]步驟一、配料
[0058]將原料按下述組份配比:
[0059]鎢粉:92份，
[0060]碳黑:5.6 份，
[0061]鋁熱反應劑:2份，
[0062]鈷粉:0.4 份；
[0063]步驟二、混合
[0064]將上述配比的組分均勻混合；
[0065]步驟三、碳化
[0066]裝舟量為1Kg/舟，推舟速度為60分鐘/舟，碳化溫度2300攝氏度，冷卻出爐；
[0067]步驟四、破碎分級
[0068]上述實施例中所用的晶粒長大促進劑也可以選用鎳粉。
[0069]本發(fā)明采用的感應加熱超高溫連續(xù)碳化爐，整個碳化過程從裝料到出料為全自動控制，減少了工人的勞動強度，改善了勞動環(huán)境；采用中頻加熱和紅外控制及均勻裝料，溫度控制穩(wěn)定及準確；采用高溫(2600°C)碳化和鋁熱反應的瞬間超高溫及長時間高溫反應和促進(晶粒長大促進劑)晶粒發(fā)育長大，制備的碳化鎢晶粒粗大(>5um)、發(fā)育完整；產(chǎn)能大，每天至少生產(chǎn)一噸以上產(chǎn)品。因產(chǎn)能大、保溫效果好、連續(xù)生產(chǎn)，降低了能源消耗。
[0070]盡管已經(jīng)根據(jù)優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了示例和描述，但應認識到，本發(fā)明并不局限于前述的【具體實施方式】。在不背離權(quán)利要求書中所闡述的本發(fā)明的情況下，可對此作出變更和改變，本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【權(quán)利要求】
1.一種粗單晶碳化鎢的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一、配料 將費氏粒度2-20um的鎢粉、含碳量為6.08-6.18% (重量百分比)的冶金碳墨、鋁熱反應劑、晶粒長大促進劑按下述組份配比: 鎢粉:50-94份， 碳黑:3-10份， 鋁熱反應劑:0-30份， 晶粒長大促進劑:0-10份； 步驟二、混合 將上述配比的組分均勻混合； 步驟三、碳化 將混合好的物料放入碳化爐碳化，冷卻出爐； 步驟四、破碎分級 冷卻后的碳化鎢塊經(jīng)過破碎，精細分級及氣流分級制備成所需顆粒的碳化鎢產(chǎn)品。
2.一種如權(quán)利要求1所述的粗單晶碳化鎢的制備方法，其特征在于，所述步驟一按照如下組份進行配比 鎢粉:60-92份， 碳黑:3.7-5.6份， 鋁熱反應劑:2-28份， 晶粒長大促進劑:0.4-8.3份。
3.—種如權(quán)利要求1或2所述的粗單晶碳化鎢的制備方法，其特征在于，所述的鋁熱反應劑中A1與Fe203的重量百分比的比值為Al:Fe203=l: (!.5-2.5)。
4.一種如權(quán)利要求1或2所述的粗單晶碳化鎢的制備方法，其特征在于，所述的晶粒長大促進劑為鈷粉或鎳粉。
5.一種如權(quán)利要求1或2所述的粗單晶碳化鎢的制備方法，其特征在于，碳化步驟采用中頻感應加熱方式和紅外測溫溫控方式。
【文檔編號】C01B31/34GK104418323SQ201310368098
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月22日
【發(fā)明者】李玉璽, 顏維, 藍云, 盧先華, 易長賓, 韋志忠 申請人:自貢長城硬面材料有限公司