专利名称：一种粗晶wc粉末的生产方法
技术领域：
本发明属于硬质合金原料wc粉的生产方法，特别是一种生产高纯度、 性能优异的粗晶wc粉的生产方法。该原料粉可广泛用于生产矿山工具、冲压模具、石油钻采工具及用作硬面材料等。
技术背景目前世界各国对wc粉的开发研究呈两极化趋势， 一是向超细wc粉、甚至纳米级WC粉方向发展；二是向优质粗晶粒乃至大晶粒WC粉方向发展。 研究结果证明，粗晶WC粉具有一些与中、细晶WC粉不同的独特性能及特 殊的用途，尤其是在高温条件下具有结构缺陷少、显微硬度高、微观应变小 等一系列优点，用以生产的合金制品具有较高的强度及(抗)断裂韧性；因而， 对粗晶WC粉的研究和应用受到极大的重视。粗晶WC粉生产的传统方法是 首先采用WCb(黄钨)或W02,9(兰钨)经高温氢还原制得粗晶W粉，再将该W 粉高温c(碳)化制得粗晶wc粉。该方法虽然具有工艺方法简单，至今仍被绝大多数生产企业所采用等特点，但却存在其一，在制取粗晶W粉过程中需添加催化剂，以强化其挥发沉积，但却弱化了 w粉的烧结再结晶长大的趋势 (再结晶趋势的强化有利于获得无畸变晶粒)，促进粗晶w粉中缺陷产生，致使壳状沉积长大的W粉在配C时更易碎化；其二，粗晶W的密度远大于C， 两者之间的密度差造成在C化过程中产生微观应力，易使晶粒炸裂、变细； 其三，在碳化过程中C从W颗粒表面向内部渗透，表面首先形成W2C并逐 渐向深处发展，表层W2C逐渐变成WC，颗粒从表至中心形成WC、 W2C和W三层，随着C进一步向内部扩散，W及W2C将逐渐消失；因此，该工艺生产的粗晶WC粉末从芯部到表层存在C的梯度、甚致含W2C、 WC(1+X) 等相，较严重地影响粗晶wc粉的质量。因而，采上述传统工艺生产出的粗 晶WC粉存在质量较差，晶粒度〈100^im，用于生产相应的硬质合金，其合 金的晶粒度仅3.2|_1左右，难以获得高韧性、高强度的合金制品；用作硬面材料又因其晶粒度较小而不能与铸造碳化钨粉合用等弊病。针对上述弊病，美国首纳金属公司(Kennametal)在专利号为U.S 4， 834， 963，名称为《宏晶 WC粉末及生产工艺》的专利文献中公开了一种采用钨精矿(粉)作原料，氧化 铁作氧化剂，铝作还原剂，碳化钙作碳化剂，球磨混合后，还原并在200(TC 以上熔融碳化，然后通过水洗除去多余的碳化钙、再经硫酸、盐酸和少量的 氢氟酸除去Fe、 Mg、 Al，而制得粗(宏)晶粒WC粉。该方法虽然可从钨精矿 直接制得粒度达mm(毫米)级的粗晶WC粉末、且具有经济实用等优点，但由 于直接采用钨精矿作原料、其杂质较多，其中的Ti、 Ta、 Nb等元素在熔融碳 化过程中形成的C的固熔体等(杂质)则无法除去，从而影响WC粉及最终的 合金制品的质量；此外，采用碳化钙作碳化剂，虽然在分解时C的活性较强， 但转作为杂质存在亦增加了除杂的难度。因而，该方法存在粗晶WC粉末纯 度较差，用以生产的合金制品的质量亦受到相应影响，其综合物理机械性能 亦相对较差等缺陷。 发明内容本发明的目的是研究开发一种粗晶WC粉末的生产方法，用于生产高纯 度、性能优异的粗晶WC粉末。以达到既可与铸造WC粉配合作为硬面材料、 用于易磨损表面喷焊(涂)、堆焊，又可直接用作合金原料生产硬质合金制品， 使其在具有高硬度和良好的耐磨性的同时，还具有更强的塑性变性能力等目 的。本发明的解决方案是仍采用W03(黄钨)或Ww(兰钨)及C作原料与 Fe(Co、 Ni)、铁的氧化物、Al^Ni合金粉按比例配料混合，然后进行熔融碳 化，碳化后所得合金块经破碎、球磨，磁选除Fe，酸洗及烘干，筛分即得目 的物粗晶WC粉末，从而实现其发明目的。因此，本发明方法包括A、 配料混合以W03或W02,9用量为基准，加入其重量12.5 20.0wt°/。 的石墨或炭黑粉，0.1 0.5 wt。/。的Fe或Co、或Ni， 0.1 0.6 wt。/。的Al Ni 合金粉， 一并置于球磨机内球磨混合3 5小时；B、 装舟及熔融碳化将经A工序所得球磨混合料过30 100目筛，筛 下物装入石墨舟皿中、压实后送入碳管炉内，在2040 2400'C温度下碳化处 理90 120分钟，随炉冷却得粗晶WC合金块；C、 球磨粉碎将由B工序所得合金块机械破碎至粒度〈6.0mm后，送 入球磨机内、球磨36 60小时，得粗晶WC粉末，球料比2.5 4: 1;D、 除铁及酸洗将C工序所得WC粉末经磁铁除铁处理后，送入稀硝 酸中酸洗以除去残留的A1、 Ni元素；E、 水洗及烘干将由D工序所得物料采用去离子水清洗后，送入真空干燥机内、在400 50(TC温度下烘干处理1.5 2.5小时，冷却后即得粗晶 WC粉末；F、 筛分、包装首先将烘干所得WC粉末过300目筛，筛下物返回B 工序重新碳化处理或用于直接烧制硬质合金制品；筛上物则根据用途及后续 产品生产要求筛分为不同颗粒度的粉料、密封包装，即成。所述铁的氧化物为Fe02或Fe203、或Fe304。为了进一步提高质量，碳化 后所得合金块除去欠烧、过烧及有孔洞的残、次品后，再进行机械破碎及球 磨粉碎。为了满足特殊生产及应用领域对粗晶WC粉的要求，将经水洗烘干 后的WC粉再送入风选分级机内，在5 7Mpa风压条件下除去附着于WC粉 粒表面上的微细灰粉后，再进行筛分、包装。本发明的碳化过程是直接通过高温、高热下含碳的气相反应向WCb及 W02.9中扩散来实现的，同时由于W03及wo2.9已呈液相，因而C的扩散速 度快，物相变化产生的应力及C梯度得以消除而有效减少了晶粒中的缺陷； Al^Ni合金粉的加入又促进C化过程中WC晶粒迅速张大并相互紧密结合成 合金块。本发明所得WC粉末晶粒度可达毫米(mm)级，用以生产的钻探工具， 冲压模具等硬质合金制品的晶粒度可达4.0pm左右，因而既可与铸造WC混 合用于破碎机、牙轮钻及组合机床、加工中心的相关工件、刀具的表面补强， 又可直接用于生硬质合金制品，并具有微观应力小、内部缺陷少、纯度高、 性能优异等优点，用于生产的合金制品不但硬度和耐磨性高，而且具有良好 的塑性变形能力及抗冲击韧性。
具体实施方式
实施例l: A、将W03(黄钨)粉250kg，石墨粉40.0kg， Fe203 1.0kg， Fe 粉及Al^Ni合金粉各0.75kg—并置于球磨机内，加入250kg合金球，球磨 混合4小时后，卸料；B、 装舟及熔融碳化将A工序所得混合粉料过60目筛，筛下物按每舟 10kg装入石墨舟皿中并用30kg重的压料块压实(紧)后，送入碳管炉内，在 2100 225(TC温度下碳化处理105分钟后，随炉冷却；C、 球磨粉碎将经B工序碳化后所得合金块除去欠烧、过烧及有孔洞 的，其余经机械破碎至粒度《mm，送入球磨机内球磨48小时，球料比3:1， 所得WC粉料待用；D、 除铁及酸洗将磁场强度为IO，OOO高斯的永磁铁置于球磨后待用的 WC粉料中，以除去残留的Fe;然后再将其送入百分比浓度为30%的稀硝酸 溶液中酸洗，以除去残留的A1、 Ni元素；E、 水洗及烘干将酸洗后所得物料再用去离子水清洗后，送入真空干燥机内在450。C温度下烘干2.0小时，即得不同粒度的粗晶WC混合粉末；F、 筛分、包装首先将E工序所得混合粉末过300目筛，筛下物直接用 于烧结(生产)硬质合金球齿；筛上物按要求筛分成不同粒度的粉料后，分别密 封包装即成。本实施例用于烧制成的硬质合金球齿硬度为RH88.0,抗弯强度 2200N/mm2，冲击韧性6.8N'm/cm2。实施例2:本实施例除含W原料采用W02乂兰钨)粉250kg，石墨粉39.5kg 及F工序过300目筛后的筛下物返回B工序从重新碳化处理外；其余工序及 参数均与实施例l相同。
权利要求
1. 一种粗晶WC粉末的生产方法，包括A、配料混合以WO3或WO2.9用量为基准，加入其重量12.5～20.0wt％的石墨或炭黑粉，0.1～0.5wt％的Fe或Co、或Ni，0.1～0.6wt％的Al～Ni合金粉，一并置于球磨机内球磨混合3～5小时；B、装舟及熔融碳化将经A工序所得球磨混合料过30～100目筛，筛下物装入石墨舟皿中、压实后送入碳管炉内，在2040～2400℃温度下碳化处理90～120分钟，随炉冷却得粗晶WC合金块；C、球磨粉碎将由B工序所得合金块机械破碎至粒度＜6.0mm后，送入球磨机内、球磨36～60小时，得粗晶WC粉末，球料比2.5～4∶1；D、除铁及酸洗将C工序所得WC粉末经磁铁除铁处理后，送入稀硝酸中酸洗以除去残留的Al、Ni元素；E、水洗及烘干将由D工序所得物料采用去离子水清洗后，送入真空干燥机内、在400～500℃温度下烘干处理1.5～2.5小时，冷却后即得粗晶WC粉末；F、筛分、包装首先将烘干所得WC粉末过300目筛，筛下物返回B工序重新碳化处理或用于直接烧制硬质合金制品；筛上物则根据用途及后续产品生产要求筛分为不同颗粒度的粉料、密封包装，即成。
2、 按权利要求l.所述所粗晶WC粉末的生产方法，其特征在于所述铁的 氧化物为Fe02或Fe203、或Fe304。
3、 按权利要求l.所述所粗晶WC粉末的生产方法，其特征在于碳化后所 得合金块除去欠烧、过烧及有孔洞的残、次品后，再进行机械破碎及球磨粉 碎。
4、 按权利要求l.所述所粗晶WC粉末的生产方法，其特征在于经水洗烘 干后的WC粉再送入风选分级机内，在5 7Mpa风压条件下除去附着于WC 粉粒表面上的微细灰粉后，再进行筛分、包装。
全文摘要
该发明属于粗晶WC粉末的生产方法，包括采用WO<sub>2</sub>或WO<sub>2.9</sub>及C粉为原料与铁及铁的氧化物、Al-Ni合金粉按比例球磨混合，装舟溶融C化，所得合金块再经球磨粉碎，除铁及酸洗除杂，水洗、烘干，筛分即得晶粒度可达毫米级的WC粉末。该发明直接通过高温、高热下含碳的气相反应向呈液相的WO<sub>3</sub>(WO<sub>2.9</sub>)中扩散实现C化，其速度快、Al-Ni合金粉的加入又可促进WC晶粒在C化过程中迅速涨大，有效降低了晶粒缺陷。该方法所生产粉料既可与铸造WC混合用作表面补强的硬面材料等，又可直接用于生产硬质合金制品。并具有微观应力小、内部缺陷少、纯度高、性能优异等优点；用于生产的合金不但具有高的硬度及耐磨性还具有良好的抗冲击韧性。
文档编号B22F9/16GK101264524SQ20081004435
公开日2008年9月17日 申请日期2008年5月7日 优先权日2008年5月7日
发明者刘清才, 孙亚丽, 彭书杰, 涛 李, 王树明, 胡海波, 页 顾, 新 黄 申请人:自贡市华刚硬质合金新材料有限公司