專利名稱：一種碳化鎢基熱噴涂合金粉末制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種碳化鎢(WC)基熱噴涂合金粉末制備方法，特別是一種以WC-C0為代表的WC基熱噴涂合金粉末的制備方法，屬于粉末冶金材料、硬面材料及表面工程領域。
背景技術：
硬面材料在表面工程中的應用是通過熱噴涂等熱工藝技術將其涂覆在金屬或工件表面，從而提高表面耐磨損、抗沖擊、耐高溫、耐腐蝕等性能，顯著延長工件使用壽命；也可對廢舊工件進行修復、補強，使其恢復或超過原有使用性能，從而節(jié)約大量的金屬材料和生產成本。因此硬面材料的廣泛應用對促進經濟可持續(xù)發(fā)展，構建節(jié)約型社會具有重要的現(xiàn)實意義和深遠的戰(zhàn)略意義。WC基熱噴涂粉是一種用量最大、用途最廣的硬面材料，也是支撐我國現(xiàn)代工業(yè)和現(xiàn)代國防的戰(zhàn)略性基礎材料之一。碳化鎢(WC)基熱噴涂粉主要指在WC基材中加入Co、Cr、Ni、Mo等金屬所形成的 WC基復合粉或WC基合金粉。WC基復合粉是一種將WC粉與其它金屬粉、成形劑經混合濕磨制粒后脫脂處理得到的混合料粉末(以下簡稱混合料粉末)，即由WC粉與其它金屬粉通過機械結合形成的顆粒的集合；WC基合金粉是將WC基混合料粉末經高溫燒結后得到的粉末， 合金粉將顆粒內部的結合力由機械結合轉為冶金結合。高溫燒結是生產合金粉的關鍵技術之一，也是目前嚴重制約我國高品質合金粉規(guī)模化生產的瓶頸技術。傳統(tǒng)的合金粉制備工藝是將混合料粉末放在容器中進行長達幾小時的高溫加熱，冷卻后再經破碎處理獲得。這種傳統(tǒng)工藝由于加熱時間太長，導致粉末晶粒大幅長大，而晶粒長大將直接影響噴涂層的耐磨性能；另一方面，由于粉末堆積在一起集中加熱導致粉末結塊，必須進行破碎處理，而破碎又導致粉末粒度分布不均勻、顆粒形貌發(fā)生改變，同時產生大量的篩上物和篩下物導致產品實收率低下。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述工藝缺陷，提供一種晶粒尺寸相對穩(wěn)定、可優(yōu)化顆粒形貌和性能、實收率和松裝密度均高、工藝流程短、生產成本低、適合工業(yè)化規(guī)模生產的碳化鎢基熱噴涂合金粉末制備方法。本發(fā)明的技術方案一種碳化鎢基熱噴涂合金粉末制備方法，其特征在于所述的該碳化鎢基熱噴涂合金粉末是采用脫脂后的碳化鎢基混合料粉末為原料，經連續(xù)燒結爐燒結而成，A、所述的原料采用脫脂后的碳化鎢基混合料粉末為原料，其碳化鎢基混合料粉末的脫脂溫度為250-600°C，混合料粉末粒度等級包括250-150um，150_75um，75_38um， 38_13um ；^ 13um ；B、所述的燒結采用立式金屬粉末連續(xù)燒結爐制備碳化鎢基合金粉末，該連續(xù)燒結爐上方設有水冷式進料管，碳化鎢基混合料粉末原料從該水冷式進料管連續(xù)加入，以自由落體形式通過爐體加熱區(qū)，在加熱區(qū)被快速加熱并快速完成燒結或合金化過程后繼續(xù)下落到爐體冷卻區(qū)，在冷卻區(qū)快速冷卻到工藝溫度后從下方出料口連續(xù)落到爐體外的料桶中，實現(xiàn)將碳化鎢基混合料粉末連續(xù)燒結成碳化鎢基合金粉末工藝；所述的立式金屬粉末連續(xù)燒結爐使其碳化鎢基混合料粉末原料在該燒結爐加熱區(qū)內的運動方式為自由落體方式，在下落過程中粉末與加熱區(qū)發(fā)熱管之間為非接觸方式；該連續(xù)燒結爐加熱區(qū)長度為0. 5 2. Om,優(yōu)先采用1. 0 1. 5m ；加熱區(qū)直徑為 100 400mm，優(yōu)先采用180 250mm ；燒結溫度為1000 2100°C，混合料粉末通過加熱區(qū)的加熱時間為0. 5- ，碳化鎢基混合料粉末原料進料量為20 60kg/h，保護氣體采用氮氣或氬氣；所述的保護氣體分兩路進入爐體，一路從加熱區(qū)上方進入，經加熱區(qū)、冷卻區(qū)從出料口出來，其流量為5 30L/min ；另一路從加熱區(qū)下方進入，經冷卻區(qū)從出料口出來，流量為 20 70L/min。在本制備方法中，碳化鎢基混合料粉末原料在加熱區(qū)中與發(fā)熱管之間以非接觸方式自由落體，由于混合料粉末通過加熱區(qū)的加熱時間短(一般不超3秒鐘)，晶粒長大程度遠小于將混合料粉末至于容器中燒結方式；各顆粒松散布置在加熱區(qū)中，加上粒度小，所以受熱很快且均勻，可短時間可完成燒結，短時間實現(xiàn)合金化和致密化，也可短時間完成冷卻，從出料口出來的合金粉的顆粒度與原料粉基本相當，無需進行二次破碎，提高了產品實收率和松裝密度；本制備工藝直接將脫脂后預燒結前的混合料粉末進行高溫燒結，省掉了預燒結工序，加上產品無需二次破碎，又省掉了破碎工序，縮短了生產工藝鏈；連續(xù)生產方式還有利于提高效率和品質穩(wěn)定性。本制備工藝可通過調節(jié)溫度、加熱區(qū)直徑大小和高度、氣體流量等參數(shù)以適用不同粒徑、不同成分、不同性能指標的WC基合金粉制備；本工藝既可以制備WC基合金粉，也可以制備其它合金粉，如鐵基合金粉等。由此可知，本制備工藝可具有晶粒尺寸相對穩(wěn)定、可優(yōu)化顆粒形貌和性能、實收率高、工藝流程短、生產成本低、適合工業(yè)化規(guī)模生產等優(yōu)點。


圖1是粒度為75-38um的WC_12Co混合料粉末掃描電鏡照片Q00X)；圖2是粒度為75-38um的WC_12Co混合料粉末掃描電鏡照片(2500X)；圖3是粒度為75-38um的WC_12Co合金粉末掃描電鏡照片Q00X)；圖4是粒度為75-38um的WC_12Co合金粉末掃描電鏡照片(2500X)；圖5是粒度為38-13um的WC_12Co合金粉末掃描電鏡照片Q00X)；圖6是粒度為38-13um的WC_12Co合金粉末掃描電鏡照片(5000X)；
具體實施例方式一種碳化鎢基熱噴涂合金粉末制備方法，其特征在于所述的該碳化鎢基熱噴涂合金粉末是采用脫脂后的碳化鎢基混合料粉末為原料，經連續(xù)燒結爐燒結而成，A、所述的原料采用脫脂后的碳化鎢基混合料粉末為原料，其碳化鎢基混合料粉末的脫脂溫度為250-600°C，混合料粉末粒度等級包括250-150um，150_75um，75_38um， 38_13um ；^ 13um ；
B、所述的燒結采用立式金屬粉末連續(xù)燒結爐制備碳化鎢基合金粉末，該連續(xù)燒結爐上方設有水冷式進料管，碳化鎢基混合料粉末原料從該水冷式進料管連續(xù)加入，以自由落體形式通過爐體加熱區(qū)，在加熱區(qū)被快速加熱并快速完成燒結或合金化過程后繼續(xù)下落到爐體冷卻區(qū)，在冷卻區(qū)快速冷卻到工藝溫度后從下方出料口連續(xù)落到爐體外的料桶中，實現(xiàn)將碳化鎢基混合料粉末連續(xù)燒結成碳化鎢基合金粉末工藝；所述的立式金屬粉末連續(xù)燒結爐使其碳化鎢基混合料粉末原料在該燒結爐加熱區(qū)內的運動方式為自由落體方式，在下落過程中粉末與加熱區(qū)發(fā)熱管之間為非接觸方式；該連續(xù)燒結爐加熱區(qū)長度為0. 5 2. Om,優(yōu)先采用1. 0 1. 5m ；加熱區(qū)直徑為 100 400mm，優(yōu)先采用Φ 180 Φ 250mm ；燒結溫度為1000 2100°C，混合料粉末通過加熱區(qū)的加熱時間為0. 5- ，碳化鎢基混合料粉末原料進料量為20 60kg/h，保護氣體采用氮氣或氬氣；所述的保護氣體分兩路進入爐體，一路從加熱區(qū)上方進入，經加熱區(qū)、冷卻區(qū)從出料口出來，其保護氣體流量為10 30L/min ；另一路從加熱區(qū)下方進入，經冷卻區(qū)從出料口出來，保護氣體流量為20 70L/min。在本制備方法中，碳化鎢基混合料粉末原料在加熱區(qū)中與發(fā)熱管之間以非接觸方式自由落體，由于混合料粉末通過加熱區(qū)的加熱時間短(一般不超過3秒鐘)，晶粒長大程度遠小于將混合料粉末至于容器中燒結方式；各顆粒松散布置在加熱區(qū)中，加上粒度小，所以受熱很快且均勻，可短時間可完成燒結，短時間實現(xiàn)合金化和致密化，也可短時間完成冷卻，從出料口出來的合金粉的顆粒度與原料粉基本相當，無需進行二次破碎，提高了產品實收率和松裝密度；本制備工藝直接將脫脂后預燒結前的混合料粉末進行高溫燒結，省掉了預燒結工序，加上產品無需二次破碎，又省掉了破碎工序，縮短了生產工藝鏈；連續(xù)生產方式還有利于提高效率和品質穩(wěn)定性。圖1、圖2照片顯示，未燒結前的混合料粉末顆粒內部原始粉末由機械力結合成類球形，由于粘接劑的脫除(即脫脂)，顆粒表面呈現(xiàn)疏松粗糙，有一定程度的破裂破碎現(xiàn)象， 致密度低，強度?。粓D3、圖4、圖5、圖6照片顯示，燒結后的合金粉末顆粒產生了一定程度的液相燒結，表面密實光滑，形貌更趨向于球形，基本沒有破裂破碎現(xiàn)象，那些破碎的混合料細小顆粒都變成了球形，實現(xiàn)了顆粒內部由機械結合轉為冶金結合，形成具有一定強度性能的燒結合金粉末。本制備工藝可通過調節(jié)溫度、加熱區(qū)直徑大小和高度、氣體流量等參數(shù)以適用不同粒徑、不同成分、不同性能指標的WC基合金粉制備；本工藝既可以制備WC基合金粉，也可以制備其它合金粉，如鐵基合金粉等。本制備工藝可具有晶粒尺寸相對穩(wěn)定、可優(yōu)化顆粒形貌和性能、實收率和松裝密度均高、工藝流程短、生產成本低、適合工業(yè)化規(guī)模生產等優(yōu)點。
權利要求
1.一種碳化鎢基熱噴涂合金粉末制備方法，其特征在于所述的該碳化鎢基熱噴涂合金粉末是采用脫脂后的碳化鎢基混合料粉末為原料，經連續(xù)燒結爐燒結而成A、所述的原料采用脫脂后的碳化鎢基混合料粉末為原料，其碳化鎢基混合料粉末的脫脂溫度為250-600 0C，混合料粉末粒度等級包括250-150um ； 150-75um ；75_38um ； 38_13um ；^ 13um ；B、燒結采用立式金屬粉末連續(xù)燒結爐制備碳化鎢基合金粉末，該連續(xù)燒結爐上方設有水冷式進料管，碳化鎢基混合料粉末原料從該水冷式進料管連續(xù)加入，以自由落體形式通過爐體加熱區(qū)，在加熱區(qū)被快速加熱并快速完成燒結或合金化過程后繼續(xù)下落到爐體冷卻區(qū)，在冷卻區(qū)快速冷卻到工藝溫度后從下方出料口連續(xù)落到爐體外的料桶中，實現(xiàn)將碳化鎢基混合料粉末連續(xù)燒結成碳化鎢基合金粉末工藝；連續(xù)燒結爐加熱區(qū)長度為0. 5 2. 0m，連續(xù)燒結爐加熱區(qū)直徑為100 400mm，碳化鎢基混合料粉末原料進料量為20 60kg/h ；碳化鎢基混合料粉末原料在該燒結爐加熱區(qū)內的運動方式為自由落體方式，在下落過程中粉末與加熱區(qū)發(fā)熱管之間為非接觸方式；燒結溫度為1000 2100°C;混合料粉末通過加熱區(qū)的加熱時間為0. 5-5s ；保護氣體采用氮氣或氬氣；保護氣體分兩路進入爐體，一路從加熱區(qū)上方進入，經加熱區(qū)、冷卻區(qū)從出料口出來， 流量為5 30L/min ；另一路從加熱區(qū)下方進入，經冷卻區(qū)從出料口出來，流量為20 70L/min。
2.如權利要求1所述的一種碳化鎢基熱噴涂合金粉末制備方法，其特征在于所述的連續(xù)燒結爐加熱區(qū)長度為1. 0 1. 5m ；連續(xù)燒結爐加熱區(qū)直徑為180 250mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碳化鎢基熱噴涂合金粉末制備方法，該方法是采用脫脂后的碳化鎢基混合料粉末為原料，經帶水冷式進料管的立式金屬粉末連續(xù)燒結爐快速燒結而成，原料從進料管加入，以自由落體形式通過爐體加熱區(qū)，原料在下落過程中物料與加熱區(qū)發(fā)熱管之間為非接觸方式；在加熱區(qū)被快速加熱并快速完成燒結或合金化過程后繼續(xù)下落到爐體冷卻區(qū)，在冷卻區(qū)快速冷卻到工藝溫度后從下方出料口落到爐體外的料桶中，本制備方法通過連續(xù)不斷地給料、加熱、出料實現(xiàn)了連續(xù)生產工藝，本制備方法具有晶粒尺寸相對穩(wěn)定、可優(yōu)化顆粒形貌和性能、實收率高、工藝流程短、生產成本低、適合工業(yè)化規(guī)模生產等特點。
文檔編號C23C4/06GK102554249SQ20121005350
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權日2012年3月2日
發(fā)明者言偉雄 申請人:株洲弗拉德科技有限公司