專利名稱：針狀碳化鎢粉末的生產方法
技術領域：
本發明屬于一種硬質合金生產用原料粉的生產方法，特別是一種晶粒為針狀的碳化鎢(WC)粉末的生產方法。采用該方法生產的WC粉可廣泛用于生產切削工具、耐磨工具及礦山鉆探、開采用工具等。
背景技術：
WC-Co基二元合金不但具有優良的抗斷裂強度，而且具有高硬度，因而被廣泛地用作切削、耐磨及礦山鉆探、開采等工具。在此類合金的生產中，作為主要原料的WC粉末的內在質量在極大程度上決定了合金的整體性能。常規WC粉末用于生產WC-Co。基二元合金、其金相組織中WC晶粒通常為等軸三棱柱或多棱柱體。其生產方法是采用蘭鎢(WO2.9)為主要原料，經還原處理后再經一次性碳化處理而成。該方法雖然具有配料簡單、工藝流程短等特點；但由于采用一步碳化，其碳化速度過快，生成的WC因其與W之間的密度差異較大而易使WC晶粒在生長過程中爆裂，因而在該條件下生成的WC晶粒形貌不能形成(生長成)針狀或板狀。采用此類WC粉生產的硬質合金在使用中WC晶粒易被撥出、從而降低了合金的耐磨性，其硬度和韌性相對較差，亦縮短了使用壽命。針對這一缺陷，日本的Masaki Kobayashi等在“盤狀物增強的硬質合金的發展”(《國外難熔金屬與硬質材料》2000年12月、第16卷12期P41-45)中公開了一種使用“Co-W-C復合物十碳”混合粉或“W+石墨+Co”混合粉作原料，通過化學反應在燒結過程中形成盤狀WC，這種具有盤狀晶體形貌的WC的硬質合金雖然與常規硬質合金相比具有更高的硬度、韌性、強度和切削性能。但此類WC晶相組織為盤狀的硬質合金是采用較固定(獨特)的原料混合粉，在燒結過程中形成的，因而存在其一合金的組成(成份)范圍及產品類別受到極大的限制，如不能添加TiC、NC等成份，否則將阻止WC晶粒在燒結過程中晶面的擇優生長，致使其晶粒不能盤狀化；其二，穩定性差，由于盤狀WC晶粒是在燒結過程中使其晶面擇優異常長大而形成的，盤狀WC晶粒生成的比例受燒結工藝及原料配比影響較大，產品質量穩定性差等缺陷。
發明內容
本發明的目的是在常規WC粉末生產方法的基礎上研究開發一種WC晶粒形貌為針狀的針狀碳化鎢粉末的生產方法，使所生產的WC粉的晶粒的長徑比一般為4∶1以上；以達到生產工藝先進、可靠，WC粉質量優、性能穩定，便于工業化生產，以及采用該粉末生產硬質合金具有生產工藝簡單、可靠、應用范圍廣、產品質量穩定并具有拱橋及使裂紋扭折等纖維增強效應，硬度、韌性、強度高，耐磨性好等目的。
本發明的解決方案是采用WO3(黃鎢)為原料并添加催化劑還原處理，同時將背景技術的一步(級)碳化改為二步(級)碳化工藝，將第一次碳化的配碳量降為理論碳量的60-78％，以降低碳化反應速度避免晶粒在生長過程中爆裂；第二次碳化處理再使殘留的鎢核及W2C轉變成WC并促使其晶粒生長成針狀；從而實現其目的。因此，本發明的方法包括A、配料將WO3原料粉及催化劑送入混合器內混合均勻；催化劑及其加入量以WO3重量計為30-300PPm的Ni和150-650PPm的Na或K；B、還原處理將配成的混合粉料裝入石墨舟皿中并送入還原爐內，在H2保護及980-1270℃溫度下還原處理5-8小時，所得W粉冷卻后過40-100目篩，以除去雜質；C、配碳及催化劑鈷將上述所得W粉連同其重量3.7-4.7％的C粉(約合全部W生成WC所需理論碳量的60-78％)及150-650PPm的Co粉送入球磨機內，混合均勻，得W+C+Co混合粉料；D、碳化處理將上述混合粉料裝入石墨舟皿后送入碳管爐中，在1750-2150℃溫度下碳化處理8-10小時，冷卻后球磨成過40-100目篩的粉料，得含W核、W2C的碳化鎢粉。
E、二次配碳及鈷將經上述碳化處理的粉料送入球磨機內，并按總WC理論含碳量的93.0-101.1％補足C量，并加入150-350PPm的Co粉，球磨混合均勻；F、二次碳化及球磨處理將按E配制所得混合粉料裝入石墨舟皿并送入碳管爐內，在1650-2050℃溫度下碳化處理5-10小時；所得WC塊經球磨后過40-200篩，即得晶體形貌為針狀的WC粉末。
為了有利于混合均勻，在還原處理前的配料中，所加入的催化劑Ni和Na或K均以其可溶性鹽的水溶液加入，所加入的溶液量按每kg重WO3粉加入100-150ml的Ni和Na或K的混合水溶液量配制和加入，當以水溶液加入時，混合均勻后再將混合料烘干，待用。而所述Ni和Na或K的可溶性鹽，其中Ni為Ni(NO3)2，Na、K分別為NaCl、KCl。而所述碳還原爐為鉬絲電熱還原爐。
本發明由于將常規WC粉一步碳化生產工藝改為兩步碳化并在還原處理及碳化處理過程中加入不同的催化劑，既避免了因碳化速度過快而造成晶粒爆裂破碎，又有效地促進了WC晶粒生長成針狀。采用本發明生產方法所生產的WC粉用于生產硬質合金產品，無論其配方如何，在燒結過程中均不會改變WC內在的晶粒結構，其產品具有使裂紋扭折、拱橋效應等纖維增強效應，在使用中WC晶粒亦不易被撥出。因而，本發明具有生產工藝先進、穩定可靠，WC粉金相結構針狀化程度高，用于生產硬質合金適應范圍廣、產品的纖維增強效應明顯，與常規WC粉所生產的硬質合金產品在對應情況下比較又具有強度、硬度高，韌性及耐磨性好，綜合機械性能更優良等特點。
附圖及
圖1為實施例1、WC粉(500倍)金相圖；圖2為實施例2、WC粉(500倍)金相圖；圖中白色為WC晶粒，黑色部分為銅基。
實施例1A、配料將10kgFSSS(費氏粒度)18.8μm，聚集度為18.43的WO3原料粉置于雙圓錐混合器中，將1.56gNi(NO3)2及6.36gNaCl共溶于1.5L水中配成水溶液后，在攪拌條件下噴入混合器內，混合均勻后送入烘箱內烘干至松散粉末，待用。
B、還原處理將上述粉料裝入石墨舟皿中送入鉬絲電熱還原爐內，在H2保護及1100℃溫度下還原處理6.5小時，冷卻后過80目篩以除去雜質。
C、配碳及催化劑鈷取經還原處理后所得的W粉7kg，連同267.3克的碳黑粉及1.75gCo粉加入球磨機內，球磨混合均勻，得W+C+Co混合粉料。
D、碳化處理將上述混合粉料送入碳管爐中，在1950℃溫度下碳化處理9小時；隨爐冷卻后球磨成過80目篩的粉料，得含W核、W2C的碳化鎢粉。
E、二次配碳及鈷取經上述碳化處理的粉料7kg送入球磨機內并加入182g碳黑粉及2.19Co粉，球磨混合均勻。
F、二次碳化及球磨處理將上述配制所得混合粉料再裝入石墨舟皿并送入碳管爐內，在1800℃溫度下碳化處理8小時；待WC塊冷卻后經球磨過100目篩，即得晶體形貌為針狀的WC粉產品。附圖1、為本實施例產品500倍金相圖。
實施2本實施例配料及還原處理采用FSSS(費氏粒度)為20.2μm，聚集度為46.47的WO310kg為原料，加入催化劑Ni(NO3)26.22g和NaCl 12.72g的混合水溶液1.5L，混合均勻并烘干成松散的混合粉料后，裝入舟皿中送入還原爐中在H2保護及1150℃溫度下還原處理7小時，過篩除雜后得W粉。
配碳、加催化劑鈷及碳化處理取上述鎢粉7kg、碳黑粉322g、Co粉3.15g共入球磨機內，球磨混合均勻后裝舟，在2000℃溫度下碳化處理9小時，冷卻后球磨過篩，得含W核及W2C的碳化鎢粉。
二次配碳、鈷及碳化處理取上述經第一次碳化處理所得的粉料7kg、碳黑粉159kg、Co粉2.5g，球磨混合均勻后裝舟、入碳管爐內，在1850℃溫度下碳化處理7.5小時，得WC塊。
其余工藝均與實施例1同。圖2為本實施例所得WC粉產品500倍金相圖。
權利要求
1.一種針狀碳化鎢粉末的生產方法，該方法包括A、配料將WO3原料粉及催化劑送入混合器內，混合均勻；催化劑及其加入量以WO3重量計為30-300PPm的Ni和150-650PPm的Na或K；B、還原處理將配成的混合粉料裝入石墨舟皿中并送入還原爐內，在H2保護及980-1270℃溫度下還原處理5-8小時，所得W粉冷卻后過40-100目篩，以除去雜質；C、配碳及催化劑鈷將上述所得W粉連同其重量3.7-4.7％的C粉及150-650PPm的Co粉送入球磨機內，混合均勻，得W+C+Co混合粉料；D、碳化處理將上述混合粉料裝入石墨舟皿后，送入碳管爐中，在1750-2150℃溫度下碳化處理8-10小時，冷卻后球磨成過40-100目篩的粉料，得含W核、W2C的碳化鎢粉；E、二次配碳及鈷將經上述碳化處理的粉料送入球磨機內，并按總WC理論含碳量的93.0-101.1％補足C并加入150-350PPm的Co粉，球磨混合均勻；F、二次碳化及球磨處理將按E配制所得混合粉料裝入石墨舟皿并送入碳管爐內，在1650-2050℃溫度下碳化處理5-10小時；所得WC塊經球磨后過40-200目篩，即得晶體形貌為針狀的WC粉末。
2.按權利要求1、所述生產方法，加入的催化劑Ni和Na或K均以其可溶性鹽的水溶液加入，所加入的溶液量按每kg重WO3粉加入100-150ml的Ni和Na或K的混合水溶液量配制和加入；當以上述水溶液加入時，混合均勻后再將混合粉料烘干，待用。
3.按權利要求1、或2所述生產方法，所述Ni和Na或K的可溶性鹽，其中Ni為Ni(NO3)2，Na、K則分別為NaCl、KCl。
4.按權利要求1、所述的生產方法，其碳還原爐為鉬絲電熱還原爐。
全文摘要
本發明屬于硬質合金生產用針狀碳化鎢粉末的生產方法，包括配料、還原處理、配碳及鈷、一次碳化處理、第二次配碳及鈷、第二次碳化處理及球磨，而獲得晶體形貌呈針狀的WC粉末。本發明由于采用WO
文檔編號B22F9/20GK1597510SQ200410040330
公開日2005年3月23日 申請日期2004年7月30日 優先權日2004年7月30日
發明者何憲峰, 周永貴, 劉清才, 黃新, 石建華 申請人:自貢硬質合金有限責任公司, 重慶大學