一种热喷涂用球形单晶钨粉的制备方法
【专利摘要】一种热喷涂用球形单晶钨粉的制备方法，包括以下步骤：首先在钨酸铵溶液中添加一定量的碳酸锂和氯化钠的混合物作为母液，通过加热干燥浓缩得到前驱体；然后选择球形钨粉作为母晶，并按照一定比例加入到前驱体中，混合均匀后放入管式还原炉中进行氢气还原，还原后依次进行超声波清洗、真空干燥和研磨球化制得中间体；将制得的中间体经气流分级后获得球形单晶钨粉；本发明工艺设备简单，生产效率高，制备的球形单晶钨粉，其结晶完整、粒子致密、球形度高、流动性好、纯度高，涂层硬度高、上粉率高、孔隙率低。
【专利说明】
一种热喷涂用球形单晶钨粉的制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及表面工程及热喷涂技术领域，具体的说是涉及一种热喷涂用球形单晶 钨粉的制备方法。
【背景技术】
[0002] 热喷涂技术是一种迅速发展起来的表面强化技术。它采用专用设备，利用热源将 金属或非金属材料加热到熔化或半熔化状态，用高速气流将其喷射到工件表面，形成涂层， 提高工件耐磨、耐腐蚀等性能。
[0003] 钨具有高熔点、高硬度、低的热膨胀系数以及吸收射线能力强的优点，在航空、航 天、军事工业和电子工业等部门得到广泛应用。其中热喷涂用单晶钨粉在高温耐磨涂层、制 作多孔钨部件喷涂、核聚变防护部件喷涂、耐磨材料领域、电子行业的热沉材料等方面得以 广泛应用。在喷涂领域，致密球形粉体、粒度范围可调是形成均匀涂层的基础，球形热喷涂 单晶钨粉不仅流动性好，结晶完整、粒子致密、球形度高、流动性好、纯度高，得到的涂层硬 度高、上粉率高、孔隙率低。
[0004] 目前有报道氧化钨高温还原制备单晶钨粉的制备方法，可制备粒径为5_50μπι单晶 钨粉，但其能耗高且颗粒多为小颗粒聚集一起形成大的类单晶体，不适合用于热喷涂行业。 也有报道在APT中添加锂元素或钠元素制备单晶钨粉，粒度可控制在15_150μπι，但其形貌为 不规则形，流动性差，也不适合用于热喷涂行业。也有报道将不规则的多角钨粉经棱角氧 化、破碎、筛分、洗涤、干燥得到球形度良好的钨粉，但其氧化、破碎能耗高，制备的钨粉粒度 细小，含有一定氧化钨成分，不适合用于热喷涂行业。也有采用等离子球化技术制备球形钨 粉，此方法将普通钨粉加到等离子射流中，使钨粉颗粒表面或整体熔融形成熔滴，熔滴由于 表面张力而收缩成球形，再通过快速冷却，从而获得球形钨粉，虽然通过这种方法可以制备 出颗粒表面光洁度高、密度增加、脆性降低和流动性好的钨粉，但是该方法的设备昂贵，能 耗高，制备成本高，并非为单晶钨粉，且球化过程出现钨粉被氧化现象，难以实现工业化生 产与应用。
【发明内容】
[0005] 本发明为了解决上述技术问题，提供一种热喷涂用球形单晶钨粉的制备方法，通 过制备前驱体、控制添加球形单晶母晶的晶粒大小及比例、无介质球化，提供一种工艺设备 简单，生产效率高，粒度为20~150μπι热喷涂用球形单晶钨粉的制备方法。其热喷涂用球形 单晶钨粉结晶完整、粒子致密、球形度高、流动性好、纯度高，涂层硬度高、上粉率高、孔隙率 低。
[0006] 本发明为了解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种热喷涂用球形单晶钨 粉的制备方法，包括以下步骤： 步骤一、称取质量浓度为30%~40%的钨酸铵溶液，然后向称取的钨酸铵溶液中加入碳酸 锂和氯化钠的混合物，混合均匀后经干燥、浓缩制得前驱体，备用；其中，碳酸锂和氯化钠的 总添加量为lg/L~5g/L，碳酸锂和氯化钠的质量比为1:5~5:1; 步骤二、选取晶粒大小为0.5-5μπι的球形钨粉作为母晶，并按照质量比为(0.1%-0.3%): 1添加到步骤一制备的前驱体中，混合均匀后备用； 步骤三、将步骤二制备的混合物在管式还原炉中进行氢气还原，其中氢气的流量为30 ~80ml/cm3 · min，还原温度为800~1100°C，保温时间为1~4小时，还原结束后在去离子水 中进行超声波清洗，超声功率为1200~2000W，清洗时间为0.5~2.5小时;然后在真空度为-0.05~-0.09MPa、温度为60~110°C的条件下真空干燥1~3小时，备用； 步骤四、将经步骤三处理后的物料进行无介质球磨，制得中间体，备用； 步骤五、将步骤四制备的中间体在进料速度为100~200kg/h，风量为1500~2500m3/h 的条件下进行气流分级获得粒度在15_120μπι范围内的球形单晶钨粉。
[0007] 所述步骤四中制得的中间体的粒度为10-250μπι。
[0008] 本发明的有益效果:本发明通过制备前驱体，易于钨粉晶粒的长大;控制球形单晶 母晶的晶粒大小及比例，易于控制单晶钨粉的形貌及粒度分布;无球磨介质球化，易于控制 粉末的球形度及杂质含量。且本发明工艺设备简单，生产效率高，易于实现产业化。通过本 发明制备的热喷涂用球形单晶钨粉结晶完整、粒子致密、球形度高、流动性好、纯度高，涂层 硬度高、上粉率高、孔隙率低。
【具体实施方式】
[0009] -种热喷涂用球形单晶钨粉的制备方法，包括以下步骤： 称取质量浓度为30%~40%的钨酸铵溶液，然后向称取的钨酸铵溶液中加入碳酸锂和氯 化钠的混合物，混合均匀后经干燥、浓缩制得前驱体，备用；其中，碳酸锂和氯化钠的总添加 量为lg/L~5g/L，碳酸锂和氯化钠的质量比为1:5~5:1; 步骤二、选取晶粒大小为0.5-5μπι的球形钨粉作为母晶，并按照质量比为(0.1%-0.3%): 1添加到步骤一制备的前驱体中，混合均匀后备用； 步骤三、将步骤二制备的混合物在管式还原炉中进行氢气还原，其中氢气的流量为30 ~80ml/cm3 · min，还原温度为800~1100°C，保温时间为1~4小时，还原结束后在去离子水 中进行超声波清洗，超声功率为1200~2000W，清洗时间为0.5~2.5小时;然后在真空度为-0.05~-0.09MPa、温度为60~110°C的条件下真空干燥1~3小时，备用； 步骤四、将经步骤三处理后的物料进行无介质球磨，制得中间体，备用； 步骤五、将步骤四制备的中间体在进料速度为100~200kg/h，风量为1500~2500m3/h 的条件下进行气流分级获得粒度在15_120μπι范围内的球形单晶钨粉。
[0010] 所述步骤四中制得的中间体的粒度为10-250μπι。
[0011] 以下结合【具体实施方式】进一步阐释本发明。
[0012] 实施例1 一种热喷涂用球形单晶钨粉的制备方法，包括以下步骤： 步骤一、称取质量浓度为33%的钨酸铵溶液，然后向称取的钨酸铵溶液中加入碳酸锂和 氯化钠的混合物，混合均匀后经干燥、浓缩制得前驱体，备用；其中，碳酸锂和氯化钠的总添 加量为2g/L，碳酸锂和氯化钠的质量比为1:3; 步骤二、选取晶粒大小为Ιμπι的球形钨粉作为母晶，并按照质量比为0.1%: 1添加到步骤 一制备的前驱体中，混合均匀后备用； 步骤三、将步骤二制备的混合物在管式还原炉中进行氢气还原，其中氢气的流量为 40ml/cm3 · min，还原温度为900°C，保温时间为2小时，还原结束后在去离子水中进行超声 波清洗，超声功率为1500W，清洗时间为1小时;然后在真空度为-0.06MPa、温度为80 °C的条 件下真空干燥1小时，备用； 步骤四、将经步骤三处理后的物料进行无介质球磨，得到10-90M1的球形钨粉，备用； 步骤五、将步骤四制备的中间体在进料速度为l〇〇kg/h，风量为1800m3/h的条件下进行 气流分级获得粒度在20-63μπι范围内的球形单晶钨粉。
[0013] 本实施例的热喷涂用单晶钨粉检测数据如表1所示，其表面形态如表1所示： 表1实施例1热喷涂用单晶钨粉的检测结果表
实施例2 一种热喷涂用球形单晶钨粉的制备方法，包括以下步骤： 步骤一、称取质量浓度为37%的钨酸铵溶液，然后向称取的钨酸铵溶液中加入碳酸锂和 氯化钠的混合物，混合均匀后经干燥、浓缩制得前驱体，备用；其中，碳酸锂和氯化钠的总添 加量为3g/L，碳酸锂和氯化钠的质量比为2:3; 步骤二、选取晶粒大小为3μπι的球形钨粉作为母晶，并按照质量比为0.3%: 1添加到步骤 一制备的前驱体中，混合均匀后备用； 步骤三、将步骤二制备的混合物在管式还原炉中进行氢气还原，其中氢气的流量为 70ml/cm3 · min，还原温度为1050°C，保温时间为2小时，还原结束后在去离子水中进行超声 波清洗，超声功率为1800W，清洗时间为1.5小时;然后在真空度为-0.08MPa、温度为100 °C的 条件下真空干燥1小时，备用； 步骤四、将经步骤三处理后的物料进行无介质球磨，得到20-120μπι的球形钨粉，备用； 步骤五、将步骤四制备的中间体在进料速度为120kg/h，风量为2300m3/h的条件下进行 气流分级获得粒度在45-90μπι范围内的球形单晶钨粉。
[0014] 本实施例的热喷涂用单晶钨粉检测数据如表2所示，其表面形态如表2所示： 表2实施例2热喷涂用单晶钨粉的检测结果表
实施例3 一种热喷涂用球形单晶钨粉的制备方法，包括以下步骤： 步骤一、称取质量浓度为30%%的钨酸铵溶液，然后向称取的钨酸铵溶液中加入碳酸锂 和氯化钠的混合物，混合均匀后经干燥、浓缩制得前驱体，备用;其中，碳酸锂和氯化钠的总 添加量为lg/L，碳酸锂和氯化钠的质量比为1:5; 步骤二、选取晶粒大小为〇.5μπι的球形钨粉作为母晶，并按照质量比为0.2%: 1添加到步 骤一制备的前驱体中，混合均匀后备用； 步骤三、将步骤二制备的混合物在管式还原炉中进行氢气还原，其中氢气的流量为 30ml/cm3 · min，还原温度为800°C，保温时间为1小时，还原结束后在去离子水中进行超声 波清洗，超声功率为1200W，清洗时间为0.5小时;然后在真空度为-0.05MPa、温度为60°C的 条件下真空干燥1小时，备用； 步骤四、将经步骤三处理后的物料进行无介质球磨，制得中间体，备用； 步骤五、将步骤四制备的中间体在进料速度为l〇〇kg/h，风量为1500m3/h的条件下进行 气流分级获得粒度在15-120μπι范围内的球形单晶钨粉。
[0015] 实施例4 一种热喷涂用球形单晶钨粉的制备方法，包括以下步骤： 步骤一、称取质量浓度为~40%的钨酸铵溶液，然后向称取的钨酸铵溶液中加入碳酸锂 和氯化钠的混合物，混合均匀后经干燥、浓缩制得前驱体，备用;其中，碳酸锂和氯化钠的总 添加量为5g/L，碳酸锂和氯化钠的质量比为5:1; 步骤二、选取晶粒大小为5μπι的球形钨粉作为母晶，并按照质量比为0.3%: 1添加到步骤 一制备的前驱体中，混合均匀后备用； 步骤三、将步骤二制备的混合物在管式还原炉中进行氢气还原，其中氢气的流量为 80ml/cm3 · min，还原温度为1100°C，保温时间为4小时，还原结束后在去离子水中进行超声 波清洗，超声功率为2000W，清洗时间为2.5小时;然后在真空度为_0.0910^、温度为110°(：的 条件下真空干燥3小时，备用； 步骤四、将经步骤三处理后的物料进行无介质球磨，制得中间体，备用； 步骤五、将步骤四制备的中间体在进料速度为200kg/h，风量为2500m3/h的条件下进行 气流分级获得粒度在15-120μπι范围内的球形单晶钨粉。
【主权项】
1. 一种热喷涂用球形单晶钨粉的制备方法，其特征在于:包括以下步骤： 步骤一、称取质量浓度为30%~40%的钨酸铵溶液，然后向称取的钨酸铵溶液中加入碳酸 锂和氯化钠的混合物，混合均匀后经干燥、浓缩制得前驱体，备用；其中，碳酸锂和氯化钠的 总添加量为lg/L~5g/L，碳酸锂和氯化钠的质量比为1:5~5:1; 步骤二、选取晶粒大小为0.5-5μπι的球形钨粉作为母晶，并按照质量比为(0.1%-0.3%): 1添加到步骤一制备的前驱体中，混合均匀后备用； 步骤三、将步骤二制备的混合物在管式还原炉中进行氢气还原，其中氢气的流量为30 ~80ml/cm3 · min，还原温度为800~1100°C，保温时间为1~4小时，还原结束后在去离子水 中进行超声波清洗，超声功率为1200~2000W，清洗时间为0.5~2.5小时;然后在真空度为- 0.05~-0.09MPa、温度为60~110°C的条件下真空干燥1~3小时，备用； 步骤四、将经步骤三处理后的物料进行无介质球磨，制得中间体，备用； 步骤五、将步骤四制备的中间体在进料速度为100~200kg/h，风量为1500~2500m3/h的 条件下进行气流分级获得粒度在15_120μπι范围内的球形单晶钨粉。2. 如权利要求1所述的一种热喷涂用球形单晶钨粉的制备方法，其特征在于:所述步骤 四中制得的中间体的粒度为1〇-250μπι。
【文档编号】B22F9/22GK106077696SQ201610709045
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月24日
【发明人】谢屹峰, 杨跃, 刘宝刚, 张国锋, 郭望望
【申请人】洛阳金鹭硬质合金工具有限公司