專利名稱：一種宏晶wc粉末的生產(chǎn)方法
技術領域：
本發(fā)明屬于硬質(zhì)合金原料wc粉的生產(chǎn)方法，特別是一種生產(chǎn)高純度、 性能優(yōu)異的宏晶wc粉的生產(chǎn)方法。該原料粉可廣泛用于生產(chǎn)礦山工具、沖
壓模具、石油鉆采工具及用作硬面材料等。
背景技術：
目前世界各國對wc粉的開發(fā)研究呈兩極化趨勢， 一是向超細wc粉、甚
至納米級WC粉方向發(fā)展；二是向優(yōu)質(zhì)粗晶粒乃至大晶粒WC粉方向發(fā)展。研
究結(jié)果證明，粗晶wc粉具有一些與中、細晶wc粉不同的獨特性能及特殊的
用途，尤其是在高溫條件下具有結(jié)構缺陷少、顯微硬度高、微觀應變小等一
系列優(yōu)點，用以生產(chǎn)的合金制品具有較高的強度及(抗)斷裂韌性；因而，對
粗晶wc粉的研究和應用受到極大的重視。粗晶wc粉生產(chǎn)的傳統(tǒng)方法是首先
采用W0"黃鎢)或W0,9(蘭鉤)經(jīng)高溫氫還原制得粗晶w粉，再將該w粉高溫 c(碳)化制得粗晶wc粉。該方法雖然具有工藝方法簡單，至今仍被絕大多數(shù)
生產(chǎn)企業(yè)所采用等特點，但卻存在其一，在制取粗晶W粉過程中需添加催
化劑，以強化其揮發(fā)沉積，但卻弱化了 w粉的燒結(jié)再結(jié)晶長大的趨勢(再結(jié)晶 趨勢的強化有利于獲得無畸變晶粒)，促進粗晶w粉中缺陷產(chǎn)生，致使殼狀沉
積長大的W粉在配C時更易碎化；其二，粗晶W的密度遠大于C，兩者之間的 密度差造成在C化過程中產(chǎn)生微觀應力，易使晶粒炸裂、變細；其三，在碳
化過程中c從w顆粒表面向內(nèi)部滲透，表面首先形成W2C并逐漸向深處發(fā)展， 表層W2C逐漸變成WC，顆粒從表至中心形成WC、 W2C和W三層，隨著c進一步 向內(nèi)部擴散，W及W2C將逐漸消失；因此，該工藝生產(chǎn)的粗晶WC粉末從芯部 到表層存在C的梯度、甚致含W2C、 WC(w)等相，較嚴重地影響粗晶wc粉的質(zhì) 量。因而，采上述傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)出的粗晶wc粉存在質(zhì)量較差，晶粒度遠<
100um，用于生產(chǎn)相應的硬質(zhì)合金，其合金的晶粒度僅3.2y左右，難以獲 得高韌性、高強度的合金制品；用作硬面材料又因其粒度較小而不能與鑄造 碳化鎢粉合用等弊病。針對上述弊病，美國首納金屬公司(Kennametal)在專 利號為U.S 4， 834， 963，名稱為《宏晶WC粉末及生產(chǎn)工藝》的專利文獻中 公開了一種采用鎢精礦(粉)作原料，氧化鐵作氧化劑，鋁作還原劑，碳f七,丐
作碳化劑，球磨混合后，還原并在2(xxrc以上熔融碳化，然后通過水〗先除去
多余的碳化鈣、再經(jīng)硫酸、鹽酸和少量的氫氟酸除去Fe、 Mg、 Al ，而制得粗(宏) 晶粒WC粉。該方法雖然可從鎢精礦直接制得粒度達mm(毫米)級的粗晶WC粉、末、且具有經(jīng)濟實用等優(yōu)點，但由于直接采用鎢精礦作原料、其雜質(zhì)較多，
其中的Ti、 Ta、 Nb等元素在熔融碳化過程中形成的C的固熔體等(雜質(zhì))則無 法除去，從而影響WC粉及最終的合金制品的質(zhì)量；此外，采用碳化鈣作碳化 劑，雖然在分解時C的活性較強，但鈣作為雜質(zhì)存在亦增加了除雜的難度。 因而，該方法存在粗晶WC粉末純度較差，用以生產(chǎn)的合金制品的質(zhì)量亦受到 相應影響，其綜合物理機械性能亦相對較差等缺陷。為了克服上述缺陷申請 人在公開號為CN101264524A，名稱為《一種粗晶WC粉末的生產(chǎn)方法》的專利 文獻中公開了一種采用W03(黃鎢)或W2,9(蘭鉤)及C作原料與Fe(Co、 Ni)、鐵 的氧化物、Al--Ni合金粉按比例配料混合，然后進行熔融碳化，碳化后所得 合金塊經(jīng)破碎、球磨，磁選除Fe，酸洗及烘千，篩分，從而制得粗晶WC粉末 的方法。該方法雖然具有WC粉末的粒度可達毫米(mm)級，用以生產(chǎn)的鉆探工 具，沖壓模具等硬質(zhì)合金制品的晶粒度可達4.0um左右，既可與鑄造WC混 合用于破碎機、牙輪鉆及組合機床、加工中心的相關工件、刀具的表面補強， 又可直接用于生硬質(zhì)合金制品，且內(nèi)部缺陷少、純度高、性能優(yōu)異等優(yōu)點； 但由于在生產(chǎn)過程中C和鎢氧化物反應的起始溫度不高，在遠沒有達到W03 或W0"的熔點溫度時、即在較低的溫度下開始碳還原反應，造成W03或W0"過 早失去氧，加之W03或W0"的粒度比較小，碳還原過程中結(jié)晶中心分散(多)， 從而影響了碳還原時WC晶粒(籽晶)進一步長大，得到的WC顆粒度亦較小。 因而，該方法存在生產(chǎn)所得到的粗晶WC粉的晶粒度(籽晶)仍較小，難以進 一步達到生產(chǎn)晶粒度更大、性能更優(yōu)的高純度宏晶WC粉的要求等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是研究開發(fā)一種宏晶WC粉末的生產(chǎn)方法，用于生產(chǎn)高純度、
性能優(yōu)異的宏晶wc粉末。以有效提高wc粉的晶粒度，達到既可與鑄造wc粉
配合作為硬面材料、用于易磨損表面噴焊(涂)、堆焊，又可直接用作合金原 料生產(chǎn)硬質(zhì)合金制品，使其在具有純度高、性能優(yōu)、高硬度和良好的耐磨性 的同時，還具有較背景技術更強的塑性變性能力等目的。
本發(fā)明的解決方案是仍采用W03(黃鉤)或W2』(蘭鉤)及C作為主原料，并 與按比例加入的晶種WC粉、Fe(Co、 Ni)、鐵的氧化物及'Al—Ni合金粉后配 料混合，然后進行熔融碳化，碳化后所得合金塊經(jīng)破碎、球磨，磁選除Fe, 酸洗及烘干，篩分即得宏晶WC粉末；本發(fā)明在背景技術基礎上加入晶種WC 粉，通過溶解一析出、有效改變了原有傳統(tǒng)工藝主要靠碳(C)擴散生成碳化 鎢(WC)的原理，從而實現(xiàn)其發(fā)明目的。因此，本發(fā)明方法包括
A、制取晶種WC粉將W03置于氫環(huán)境及1150 130(TC溫度下、還原處 理30 60分鐘，制得粗顆粒W粉后，再將該W粉連同其重量6. 0 6. 1 wt% 的C置于碳管爐內(nèi)、在1800 200(TC溫度下碳化處理40 90分鐘，制得晶種
4WC粉；
B、 配料混合以原料W03或W02,9用量為基準，加入其重量1. 0 6. 0 wt% 的經(jīng)A工序制得的晶種WC粉，12. 5 20. OwtS的石墨或炭黑粉，0. 1 0. 5 wt% 的Fe或Co、或Ni， 0. 2 0. 7wt。/。的鐵的氧化物，0. 1 0. 6 wt。/。的Al—Ni合 金粉， 一并置于球磨機內(nèi)球磨混合3 5小時；
C、 裝舟及熔融碳化將經(jīng)B工序所得球磨混合料過30 100目篩，篩下 物裝入石墨舟皿中、壓實后送入碳管爐內(nèi)，在2040 2400。C溫度下碳化處理 90 120分鐘，隨爐冷卻即得宏晶WC合金塊；
D、 球磨粉碎將由C工序所得合金塊機械破碎至粒度〈6.0mm后，送入 球磨機內(nèi)、球磨36 60小時，得粗晶WC粉末，球料比2.5 4:1;
E、 除鐵及酸洗將D工序所得WC粉末經(jīng)磁鐵除鐵處理后，送入稀硝酸 中酸洗以除去殘留的A1、 Ni元素；
F、 水洗及烘干將由E工序所得物料采用去離子水清洗后，送入真空干 燥機內(nèi)、在400 500。C溫度下烘干處理1. 5 2. 5小時，冷卻后即得宏晶WC 粉末；
G、 篩分、包裝首先將烘干所得WC粉末過300目篩，篩下物用于直接 燒制硬質(zhì)合金制品；篩上物則根據(jù)用途及后續(xù)產(chǎn)品生產(chǎn)要求篩分為不同顆粒 度的粉料、密封包裝，即成。
上述晶種WC粉的粒度為10 20um。所述鐵的氧化物為Fe02或Fe203、或 Fe304。為了進一步提高質(zhì)量，碳化后所得合金塊除去欠燒、過燒及有孔洞的 殘、次品后，再進行機械破碎及球磨粉碎。為了滿足特殊生產(chǎn)及應用領域?qū)?宏晶WC粉的要求，將經(jīng)水洗烘干后的WC粉再送入風選分級機內(nèi)，在5 7Mpa 風壓條件下除去附著于WC粉粒表面上的微細灰粉后，再進行篩分、包裝。
本發(fā)明首先制作WC晶種，然后在配料中再按比例將該晶種加入后球磨混 合，在碳化處理過程中由于晶種WC的存在，鎢、碳原子溶解到Fe(Co、 Ni) 液中達到飽和后析出，在晶種WC上發(fā)生非均質(zhì)形核生長，熔體中溶質(zhì)原子將 不斷通過擴散傳輸?shù)骄ХN表面沉積，熔體與晶種WC接觸時，晶種WC也會發(fā) 生溶解和沉積，產(chǎn)生一種液相燒結(jié)生長的效果，而部分析出的新生WC晶核將 與晶種晶核表面共格、即取向一致，相鄰的新生晶核亦將生長相遇而最后合 并長大、不留痕跡(圖2即為本發(fā)明實施方式所生產(chǎn)的宏晶WC粉末浸銅金相 形貌)。本發(fā)明即通過碳化鎢(WC)在碳化處理過程中溶解一析出發(fā)生燒結(jié)長 大的熔體反應生長機理，突破了傳統(tǒng)工藝靠碳(C)擴散生成碳化鎢(WC)存 在的碳還原過程中結(jié)晶中心分散(多)、WC粉的晶粒度(籽晶)較小、且難以 進一步提高其晶粒度及其性能的技術瓶頸。從而具有工藝先進、可靠，戶萬生 產(chǎn)WC粉的籽晶粒度較背景技術增大一倍以上、而用于生產(chǎn)的硬質(zhì)合金制品的
5晶粒度可增大60 100°/Q，其物理機械性能明顯提高等特點。


圖1為采用背景技術(公開號為CN101264524A)生產(chǎn)的粗晶WC鎢粉末的 浸銅金相形貌(IOOOX倍金相圖)；
圖2為本發(fā)明實施方式所生產(chǎn)的宏晶WC粉末浸銅金相形貌(IOOOX倍金 相圖)。
具體實施例方式
實施例l: A.制取晶種WC粉將W03置于氫環(huán)境及127(TC溫度下、還原 處理40分鐘，H2流量2.0mVh;制得粗顆粒W粉后，再將該W粉連同其重量 6.1 wty。的C置于碳管爐內(nèi)、在1850'C溫度下碳化處理60分鐘，制得晶種WC 粉；
B. 配料混合將純度為99. 9°/。的原料W03 (黃鉤)100 kg,石墨粉15 kg， FeA 0. 35 kg， Fe粉0. 25kg， Al Ni合金粉0. 3 kg，以及由A工序制得晶種WC 粉3 kg—并置于球磨機內(nèi)球磨混合4小時后，卸料；
C. 裝舟及熔融碳化將經(jīng)B工序所得球磨混合料過60目篩，篩下物裝入 石墨舟皿中、并用30kg重的壓料塊壓實后送入碳管爐內(nèi)，在2150 225(TC溫 度下碳化處理100分鐘，隨爐冷卻得宏晶WC合金塊；
D. 球磨粉碎將由C工序所得合金塊機械破碎至粒度<6. Omm后，送入球 磨機內(nèi)、球磨48小時，得宏晶WC粉末，球料比3:1;
E. 除鐵及酸洗將D工序所得宏晶WC粉末經(jīng)磁場強度為10， 000高斯的 永磁鐵除鐵處理后，送入百分比濃度為30%的稀硝酸溶液中酸洗、以除去殘留 的Al、 Ni元素；
F. 水洗及烘干將由E工序所得物料采用去離子水清洗后，送入真空干 燥機內(nèi)、在45(TC溫度下烘干處理2.0小時，冷卻后即得宏晶WC粉末；
G. 篩分、包裝首先將烘干所得WC粉末過300目篩，篩下物用于直接燒 制硬質(zhì)合金制品；篩上物則根據(jù)用途及后續(xù)產(chǎn)品生產(chǎn)要求篩分為不同顆粒度 的宏晶WC粉料、密封包裝，即成。
本實施例在C工序所得WC合金塊的籽晶粒度70 90 u m，為背景技術的 3. 5 4倍。用于燒制成的硬質(zhì)合金球齒硬度為RH84. 0，抗彎強度2200N/mm2， 沖擊韌性8.0N m/cm2。
實施例2:本實施例除原料采用純度為99. 9%的W0,9(蘭鎢)粉100kg，炭 黑粉16. 5kg， Fe02 0 . 4kg及Co粉0. 25kg外；其余工序及參數(shù)均與實施例1 相同。
本實施例在C工序所得WC合金塊的籽晶粒度70 85 u m。用于燒制成的 硬質(zhì)合金球齒硬度為RH84.5，抗彎強度2200N/mm2，沖擊韌性7. 8N m/cm2。
權利要求
1、一種宏晶WC粉末的生產(chǎn)方法，包括A、制取晶種WC粉將WO3置于氫環(huán)境及1150～1300℃溫度下、還原處理30～60分鐘，制得粗顆粒W粉后，再將該W粉連同其重量6.0～6.1wt％的C置于碳管爐內(nèi)、在1800～2000℃溫度下碳化處理40～90分鐘，制得晶種WC粉；B、配料混合以原料WO3或WO2.9用量為基準，加入其重量1.0～6.0wt％的經(jīng)A工序制得的晶種WC粉，12.5～20.0wt％的石墨或炭黑粉，0.1～0.5wt％的Fe或Co、或Ni，0.2～0.7wt％的鐵的氧化物，0.1～0.6wt％的Al-Ni合金粉，一并置于球磨機內(nèi)球磨混合3～5小時；C、裝舟及熔融碳化將經(jīng)B工序所得球磨混合料過30～100目篩，篩下物裝入石墨舟皿中、壓實后送入碳管爐內(nèi)，在2040～2400℃溫度下碳化處理90～120分鐘，隨爐冷卻即得宏晶WC合金塊；D、球磨粉碎將由C工序所得合金塊機械破碎至粒度＜6.0mm后，送入球磨機內(nèi)、球磨36～60小時，得粗晶WC粉末，球料比2.5～4∶1；E、除鐵及酸洗將D工序所得WC粉末經(jīng)磁鐵除鐵處理后，送入稀硝酸中酸洗以除去殘留的Al、Ni元素；F、水洗及烘干將由E工序所得物料采用去離子水清洗后，送入真空干燥機內(nèi)、在400～500℃溫度下烘干處理1.5～2.5小時，冷卻后即得宏晶WC粉末；G、篩分、包裝首先將烘干所得WC粉末過300目篩，篩下物用于直接燒制硬質(zhì)合金制品；篩上物則根據(jù)用途及后續(xù)產(chǎn)品生產(chǎn)要求篩分為不同顆粒度的粉料、密封包裝，即成。
2、 按權利要求1所述所宏晶WC粉末的生產(chǎn)方法，其特征在于所述晶種 WC粉的粒度為10 20um。
3、 按權利要求1所述所宏晶WC粉末的生產(chǎn)方法，其特征在于所述鐵的 氧化物為Fe02或Fe203、或Fe304。
4、 按權利要求l.所述所宏晶WC粉末的生產(chǎn)方法，其特征在于碳化后所 得合金塊除去欠燒、過燒及有孔洞的殘、次品后，再進行機械破碎及球磨粉 碎。
5、 按權利要求1所述宏晶WC粉末的生產(chǎn)方法，其特征在于經(jīng)水、冼烘干 后的WC粉再送入風選分級機內(nèi)，在5 7Mpa風壓條件下除去附著于WC粉 粒表面上的微細灰粉后，再進行篩分、包裝。
全文摘要
該發(fā)明屬于宏晶WC粉末的生產(chǎn)方法，包括制備晶種WC粉，然后采用WO₃或WO_2.9及C粉為原料與Fe粉、鐵的氧化物、Al-Ni合金粉及所制晶種WC粉按比例球磨混合，裝舟溶融C化，所得合金塊再經(jīng)球磨粉碎，除鐵及酸洗除雜，水洗、烘干，篩分即得宏晶WC粉。本發(fā)明在背景技術基礎上加入所制晶種WC粉，通過溶解—析出、有效改變了原有傳統(tǒng)工藝主要靠C擴散生成WC的原理，不但突破了傳統(tǒng)工藝的技術瓶頸，而且所得WC粉的籽晶粒度較背景技術增大一倍以上；因而具有工藝先進、可靠，所生產(chǎn)WC粉的籽晶粒度大、不但可與鑄造WC合用，而且用于生產(chǎn)的硬質(zhì)合金制品的晶粒度可較背景技術增大60～100％，其物理機械性能亦得到明顯提高等特點。
文檔編號C01B31/34GK101618873SQ200910060159
公開日2010年1月6日 申請日期2009年7月29日 優(yōu)先權日2009年7月29日
發(fā)明者琦 劉, 孫亞麗, 杜曉佳, 王樹明, 胡海波, 頁 顧, 新 黃 申請人:自貢市華剛硬質(zhì)合金新材料有限公司